Dla zespołu biologów morskich ocena stanu zdrowia tysięcy metrów kwadratowych rafy koralowej może być przerażającą perspektywą – ale cyfrowy rewolucja to zmienia, mówią nurkowie TIM LAMONT i RINDAH TALITHA VIDA z Uniwersytetu Lancaster oraz TRIES BLANDINE RAZAK z Uniwersytetu IPB w Indonezji
Często musimy monitorować niektóre z najważniejszych bioróżnorodne ekosystemy na planeciei obowiązują ścisłe ograniczenia czasowe ze względu na przepisy bezpieczeństwa dotyczące nurkowania.
Dokładne mierzenie i klasyfikowanie nawet małych obszarów raf może wiązać się z spędzeniem wielu godzin pod wodą. A miliony raf na całym świecie wymagają monitorowania w obliczu zbliżającego się zagrożenia dla ich istnienia, szybkość ma kluczowe znaczenie.
Ale teraz a cyfrowy rewolucja w monitorowaniu raf koralowych może być w toku, umożliwiona przez ostatnie postępy w technologii tanich kamer i komputerów. Nasze Nowe badania pokazuje jak tworzyć 3D komputer modele całych raf – czasami nazywane cyfrowy bliźniaki – mogą pomóc nam monitorować te cenne ekosystemy szybciej, dokładniej i bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej.
Pracowaliśmy w 17 miejscach badawczych w centralnej Indonezji – niektóre rafy były zdegradowane, inne zdrowe lub odtworzone. Postępowaliśmy zgodnie z tym samym protokołem na prostokątnych obszarach o powierzchni 1,000 m3 w każdej lokalizacji, używając techniki zwanej „fotogrametrią”, aby tworzyć trójwymiarowe modele każdego siedliska rafowego.
Jeden z nas nurkował i płynął 2 m nad koralem tam i z powrotem, w rytm „kosiarki” przez każdy metr kwadratowy tej rafy, niosąc przy sobie dwa podwodne aparaty zaprogramowane do robienia zdjęć dna morskiego dwa razy na sekundę. W ciągu zaledwie pół godziny zrobiliśmy 10,000 XNUMX nakładających się na siebie zdjęć o wysokiej rozdzielczości, które obejmowały cały obszar.
Komputer o wysokiej wydajności
Później uruchomiliśmy wydajny system komputeri przy pomocy ekspertów-specjalistów z firmy zajmującej się technologią nauk podwodnych o nazwie Tritonia Naukowa, przetworzyliśmy te obrazy na dokładne reprezentacje 3D dla każdej z 17 lokalizacji. Powstałe modele przewyższają tradycyjne metody monitorowania pod względem szybkości, kosztów i zdolności do konsekwentnego odtwarzania dokładnych pomiarów.
Nasza praca badawcza stosuje tę technikę, aby ocenić sukces największego na świecie projektu odbudowy koralowców. Mars Coral Reef Projekt renowacji znajduje się na wyspie Bontosua na archipelagu Spermonde w Południowym Sulawesi w Indonezji.
Nasze odkrycia pokazują, że dobrze zarządzane działania mające na celu odbudowę raf koralowych mogą przywrócić wiele elementów, w tym złożoność struktury rafy na dużych obszarach.
Porównując modele 3D, możemy zobaczyć, jak złożona jest struktura powierzchni rafy koralowej i zmierzyć jej szczegóły w różnych skalach – te aspekty byłyby zbyt trudne do dokładnego zmierzenia przez nurków pod wodą.
We wcześniejszym Badanie 2024, nasz zespół zastosował fotogrametrię do pomiaru tempa wzrostu koralowców na poziomie poszczególnych kolonii. Rejestrując szczegółowe modele 3D przed i po roku wzrostu, ujawniliśmy, że odtworzone rafy mogą osiągnąć tempo wzrostu porównywalne ze zdrowymi ekosystemami naturalnymi.
Odkrycie to jest szczególnie istotne, gdyż wskazuje na potencjał odtworzonych raf do regeneracji i funkcjonowania na poziomie zbliżonym do nienaruszonych środowisk rafowych.
Poza rafami koralowymi
Fotogrametria staje się powszechnie stosowanym narzędziem w różnych dziedzinach, zarówno na lądzie i w oceanieOprócz raf koralowych, służy do monitorowania lasów za pomocą dronów, opracowywania szczegółowych modeli architektonicznych i urbanistycznych oraz monitorowania erozji gleby i zmian krajobrazu.
W środowiskach morskich fotogrametria jest potężnym narzędziem do monitorowania i pomiaru zmiany środowiskowe takie jak zmiany w pokrywie koralowej, zmiany w różnorodności gatunków i zmiany w strukturze rafy. Została również wykorzystana do opracowania opłacalnych metod pomiaru chropowatości raf koralowych (nierówności lub tekstury powierzchni rafy).
Większa szorstkość zwykle wskazuje na bardziej złożone siedliska, które mogą zapewnić życie większej liczbie gatunków zwierząt morskich i odzwierciedlać zdrowszy stan systemów rafowych.
Ponadto mierzy złożoność różnych kształtów i struktur w obrębie rafy. Te metody zapewniają kluczowe punkty odniesienia, które pomagają naukowcom takim jak my śledzić zmiany w czasie i projektować skuteczne strategie ochrony.
Choć ta metoda jest tańsza i szybsza niż tradycyjna praca terenowa, nadal istnieją znaczne bariery finansowe.
Koszty i szkolenia
Niezbędny sprzęt i oprogramowanie mogą kosztować od kilku tysięcy do dziesiątek tysięcy dolarów, w zależności od konkretnego sprzętu i oprogramowania, a opanowanie tych technik zajmuje czas. Może minąć trochę czasu, zanim te metody staną się standardem dla większości biologów terenowych.
Oprócz monitorowania raf koralowych fotogrametria jest coraz częściej wykorzystywana w wirtualna rzeczywistość i rozwój rzeczywistości rozszerzonej, umożliwiający tworzenie wciągających, realistycznych środowisk do celów edukacyjnych, rozrywkowych i badawczych.
Na przykład amerykańska agencja Narodowa Administracja Oceaniczna i Atmosferyczna rafa koralowa wirtualna rzeczywistość oferuje angażujący sposób eksploracji raf koralowych za pomocą rzeczywistości wirtualnej.
W przyszłości fotogrametria może zrewolucjonizować monitorowanie środowiska, oferując szybsze i dokładniejsze dane bazowe oraz oceny zmian w ekosystemach, na przykład bielenia koralowców i zmian bioróżnorodności.
Oczekuje się, że postęp w uczeniu maszynowym i przetwarzaniu w chmurze pozwoli na dalszą automatyzację i udoskonalenie fotogrametrii, zwiększając jej dostępność i skalowalność oraz umacniając jej rolę jako niezbędnego narzędzia w nauce o ochronie przyrody.
Nie masz czasu czytać o zmianach klimatycznych tyle, ile byś chciał? Zamiast tego otrzymuj cotygodniowe podsumowanie w swojej skrzynce odbiorczej. W każdą środę redaktor ds. środowiska The Conversation pisze „Wyobraź sobie”, krótki e-mail, w którym nieco głębiej omawia tylko jeden klimat problem. Dołącz do ponad 35,000 XNUMX czytelników, którzy do tej pory subskrybowali.
TIM LAMONT jest pracownikiem naukowym w dziedzinie biologii morskiej na Lancaster University; RINDAH TALITHA VIDA jest doktorantem w Centrum Środowiskowym, Lancaster University, PRÓBUJE BLANDINE RAZAK jest badaczem w Szkole Renowacji Raf Koralowych, Uniwersytet IPB
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Również w Divernet: Co trzeba zrobić, aby koralowiec przetrwał?, Rafy koralowe na świecie są większe, niż myśleliśmy…, Odległa rafa koralowa Pacyfiku wykazuje pewną zdolność radzenia sobie z ociepleniem oceanu, Katastrofa koralowa: czy można uratować nasze rafy?
