W papierowym wydaniu Miesięcznika ZNAK artykuł ukazał się pod tytułem Raport o stanie ssaków
Raport Wildlabs.net z listopada 2023 r. wskazuje, że ze wszystkich dostępnych technologii to właśnie narzędzia AI mają największy potencjał rozwojowy w dziedzinie ochrony przyrody. Jak to wygląda z Pani perspektywy jako badaczki?
Od półtora roku współpracuję jako visiting professor z uniwersytetem w Huelvie, gdzie od trzech lat prowadzone są badania nad zastosowaniem narzędzi AI do rozpoznawania gatunków zwierząt w Parku Narodowym Doñana na południu Hiszpanii, w Andaluzji. To tam zaczęłam bardziej interesować się tym tematem. Wspólnie napisaliśmy międzynarodowy projekt, który dostał finansowanie w ramach Europejskiego Partnerstwa na rzecz Bioróżnorodności – Biodiversa+. Chcemy wykorzystać narzędzia sztucznej inteligencji do rozpoznawania gatunków dzikich ssaków i ich monitorowania na podstawie zdjęć z fotopułapek. Zna Pani Wildlife Insights?
Tak, to taki projekt realizowany przez Google’a. O ile dobrze rozumiem zamysł, każdy może zamieścić zdjęcie ze swojej fotopułapki, która jest automatycznie rozpoznawana przez sztuczną inteligencję. W ten sposób tworzy się globalna baza danych. Sprawdzałam, i w Polsce wrzucone są zdjęcia z Puszczy Białowieskiej – piętnastu gatunków dzikich zwierząt, łącznie ponad cztery tysiące zdjęć, najwięcej jest zdjęć jeleni, żubrów, saren, trochę łosi…
Tak, i nasza sieć będzie działać na podobnej zasadzie, tylko zamierzamy uzyskać dużo dokładniejsze dane, bo Wildlife Insights, który zbiera dane z całego świata, jest systemem bardzo ogólnym.
W jaki sposób chcecie osiągnąć tę dokładność?
Ważne jest m.in. odpowiednie rozmieszczenie fotopułapek. Oprócz hiszpańskiego Parku Narodowego Doñana nasz projekt będzie realizowany w Tatrzańskim Parku Narodowym, w Parku Narodowym Hardangervidda na południu Norwegii oraz w delcie Odry na granicy polsko-niemieckiej. Mamy więc cztery obszary geograficzne na terenie Europy, które różnią się od siebie ze względu na występujące tam gatunki zwierząt i krajobraz. Założyliśmy, że każdy z parków narodowych biorących udział w projekcie powinien mieć 60–70 fotopułapek. Oczywiście powinny być one rozmieszczone w odpowiedni sposób, w zależności m.in. od ukształtowania terenu: w górach to rozmieszczenie będzie inne niż na płaskim terenie.
A kiedy fotopułapki są już dobrze rozmieszczone?
Co jakiś czas badacze idą w teren, żeby zebrać z nich karty pamięci, i ten etap się nie zmienia, niezależnie od zastosowania sztucznej inteligencji.
Analiza zdjęć z fotopułapek przez człowieka jest niezwykle czasochłonnym procesem, dlatego pracujemy nad automatycznym systemem do ich rozpoznawania, co pomoże zaoszczędzić bardzo dużo pieniędzy i godzin pracy.
W ten sposób osoby zarządzające np. parkami narodowymi czy rezerwatami będą mogły dostać natychmiastową informację, gdzie są jelenie czy kozice górskie, z dużą dokładnością oszacować ich populację i dzięki szybkiej analizie te dane będą bardzo aktualne.
Czy sztuczna inteligencja rozpoznaje te zdjęcia tak samo precyzyjnie jak człowiek?
W Parku Doñana, gdzie sieć jest trenowana już od dłuższego czasu, działa to bardzo dobrze, dokładność wynosi 99%. Projekt jest multidyscyplinarny i nad rozwojem sztucznej inteligencji pracują na razie informatycy, matematycy i ekolodzy z uniwersytetu w Huelvie, później dołączą do nich osoby z Polski. Na początek potrzebny jest zestaw zdjęć, które są już dobrze sklasyfikowane. I na podstawie tych zdjęć uczysz sieć rozpoznawać gatunki, wskazując: to jest niedźwiedź, to jest wilk, to jest lis czy królik.
Kiedy już mamy zdjęcia sklasyfikowane przez sztuczną inteligencję, kolejnym etapem jest sprawdzenie jej poprawności, co polega na klasyfikacji tych samych zdjęć przez grupę wolontariuszy, którzy działają w ramach nauki obywatelskiej (ang. citizen science). Potem mamy klasyfikację ekspercką, kiedy to zdjęcia są klasyfikowane przez badaczy. Ten etap to rodzaj kontroli. Na koniec porównujemy dane z tych trzech klasyfikacji i sprawdzamy, czy sztuczna inteligencja dobrze działa.
W jaki sposób do projektu zgłaszają się wolontariusze?
Zdjęcia z Parku Narodowego Doñana klasyfikują osoby, które rejestrują się na platformie Zooniverse – oczywiście chcemy to rozszerzyć na inne obszary stanowiące część projektu. Na tej platformie można zgłosić się ze swoim projektem badawczym, co pomaga znaleźć zainteresowanych tematem wolontariuszy, którym zależy na rozwoju nauki i po prostu lubią się tym zajmować w wolnym czasie.
Sprawdziłam: aktualnie na Zooniverse zarejestrowanych jest ponad 2,5 mln wolontariuszy z całego świata, można wspomóc badania z różnych dziedzin – w tym momencie realizowanych jest niemal sto projektów. Robi to wrażenie. Czy dane, które uzyskacie, będą dostępne dla każdego?
Tak, zamierzamy je zamieszczać w bazie GBIF, czyli Global Biodiversity Information Facility. To międzynarodowa sieć, która gromadzi dane dotyczące bioróżnorodności. Zależy nam, żeby informacje związane z rozmieszczeniem poszczególnych gatunków były dostępne dla wszystkich osób zainteresowanych tematem.
Na jak długi czas przewidziany jest Państwa projekt?
Rozwój projektu przewidziany jest na trzy lata, ale tak naprawdę, jeśli wszystko będzie dobrze działać, nie ma żadnych ograniczeń czasowych. Problem z wieloma projektami naukowymi jest taki, że często przewidziane są na trzy lata, a potem już nie ma dla nich środków. Jesteśmy w trakcie rozmów z przedstawicielami Life-Watch ERIC (ang. European Research Infrastructure Consortium – Konsorcjum na rzecz Europejskiej Infrastruktury Badawczej), instytucji założonej przez Komisję Europejską, mającej wspierać badania naukowe. Nasz pomysł jest taki, że kiedy już zbudujemy cały system i projekt będzie dobiegał końca, opiekę nad projektem przejmie Life-Watch, która ma odpowiedni personel, żeby dalej się nim zajmować. Żeby pomieścić wszystkie te zdjęcia, potrzebny jest bardzo duży serwer, nawet mimo że znacznie redukujemy ich wielkość.
Kiedy skończy się etap trenowania AI w Polsce, Hiszpanii, Norwegii i w Niemczech, to do sieci będą mogły dołączyć kolejne parki narodowe czy rezerwaty albo też zarządcy innych obszarów, rzecz jasna z zachowaniem ustalonego protokołu, który będzie określał m.in. liczbę i rozmieszczenie fotopułapek. Przy czym ostatecznym celem projektu nie jest jedynie sklasyfikowanie zdjęć. Istotne jest opracowanie tych baz danych pod względem statystycznym. Zależy nam na oszacowaniu istotnych parametrów populacji: jakie mamy gatunki, ile jest rysiów, a ile saren, czy to się zmienia w czasie, jak one są rozmieszczone, czyli na ustaleniu Kluczowych Zmiennych Bioróżnorodności (ang. Essential Biodiversity Variables, EBV). To jest już bardziej skomplikowane zagadnienie…
Trochę o tym czytałam – nie wszystko jest tu dla mnie jasne, lecz jak rozumiem, jest to zbiór różnych wartości, które są istotne w badaniu bioróżnorodności.
Tak, to nie są płaskie bazy danych, jak to bywa zazwyczaj, tylko są trójwymiarowe, mamy taki sześcian, w którym kluczowymi zmiennymi są czas, przestrzeń i czynnik biologiczny, np. możemy ustalić, jak na danym obszarze w określonym czasie zmienia się liczba gatunków. Obecnie wdrażany jest projekt EuropaBON (Europa Biodiversity Observation Network), bardzo szeroko zakrojony, finansowany przez fundusze unijne, którego celem jest ujednolicenie procesu monitorowania tych Kluczowych Zmiennych Bioróżnorodności, bo teraz każdy to robi trochę inaczej.
Do czego będzie można wykorzystać dane, które Państwo uzyskają dzięki integracji fotopułapek ze sztuczną inteligencją?
Dzięki wiedzy pozyskanej z AI będzie można zareagować szybko, np. kiedy na danym obszarze pojawi się gatunek inwazyjny – niezwłoczna decyzja np. zarządcy parku w takiej sytuacji ma kluczowe znaczenie.
W przypadku takiego gatunku bardzo ważne jest działanie na pierwszym etapie, bo jeśli zdąży zasiedlić teren, to jest już bardzo trudno uporać się z problemem. Fotopułapki zapewniają ciągłość monitorowania i przy ich odpowiednim rozmieszczeniu dają rzetelną informację, jaki jest stan ekosystemu. Oczywiście są inne sposoby, np. monitoring genetyczny, który też wymaga bardzo dużego nakładu pracy, a przy tym nie daje wyników w czasie rzeczywistym, od zebrania próbek potrzebne są bowiem dwa, trzy lata, zanim będzie można zapoznać się z rezultatami badań, szczególnie jeśli gatunek nie jest zbyt liczny.
Gromadzone przez Państwa informacje mają być rozpowszechnione na zasadzie otwartego dostępu. Czy nie stwarza to niebezpieczeństwa wykorzystania sytuacji np. przez kłusowników, którzy sprawdziliby w bazie danych, jak rozmieszczona jest populacja interesującego ich gatunku?
Jeżeli chodzi o udostępnianie informacji na stronie GBIF, mamy na to taki sposób, że danych nie ładujemy tam natychmiast, tylko po jakimś czasie. Naturalnie to zależy od gatunku, bo w przypadku lisa to nie ma znaczenia, ale np. tak rzadkiego gatunku jak ryś już tak. Albo jeżeli znamy miejsca gawrowania niedźwiedzi, to takich wrażliwych lokalizacji nie będziemy udostępniać. Tak więc to nie powinno stanowić problemu. Oczywiście każda technologia może być wykorzystywana w złej wierze, np. w przypadku nadajników telemetrycznych, które podają dane dotyczące lokalizacji zwierzęcia. I niestety, zdarzają się sytuacje, kiedy kłusownicy lub firmy turystyczne próbują zhakować informacje z nadajników GPS. Tak było np. w przypadku projektu reintrodukcji tygrysów bengalskich w Indiach. W wytycznych dotyczących telemetrii zagrożonych gatunków, takich jak lampart śnieżny, zaleca się, aby nie udostępniać lokalizacji w czasie rzeczywistym.
Czasami monitoring potrafi też zdziałać dużo dobrego, jeżeli chodzi o walkę z kłusownictwem, kiedy np. fotopułapki w Afryce rejestrują różnego rodzaju nielegalne akcje.
Realizowany przez Państwa projekt jest założony na skalę europejską, ale czy możliwe jest jego rozszerzenie na inne kontynenty?
Najpierw na pewno trzeba sprawdzić, jak to działa na skalę europejską. Oczywiście w Europie w różnych parkach narodowych występują inne zwierzęta, jednak nie tak jak w Afryce, gdzie prawie wszystkie gatunki są inne. Programem działającym na skalę globalną jest Wildlife Insights, o którym już wspominałam, gdzie można wyszukać i rozpoznać dowolny gatunek występujący na świecie – jeśli oczywiście on się w sieci znajduje.
Nas przede wszystkim interesuje parametr populacyjny, chcemy, żeby on był jak najbardziej dokładny. Trzeba, rzecz jasna, wziąć pod uwagę błąd statystyczny, to, co się w badaniach statystycznych nazywa przedziałem ufności. Dlatego nie znoszę, jak ktoś mnie pyta, ile dokładnie mamy niedźwiedzi w Polsce. Nie mamy takich danych, znamy jedynie ich szacunkową liczbę i zależy nam, żeby ta liczba była jak najbardziej uprawdopodobniona, stąd zastosowanie nowych technologii. Niedźwiedzie nie znają granic, czasami są na Słowacji, czasami w Polsce, czasami mamy ich więcej, potem jeden umiera. To się zmienia bardzo dynamicznie, a my możemy ustalić pewną szacunkową liczbę.
Może to głupie pytanie, ale zaryzykuję – ile więc jest szacunkowo niedźwiedzi w Polsce?
Liczby, które mogę podać z pewnością, to 72 niedźwiedzie (między 45,5 a 115,5, z prawdopodobieństwem 95%) zamieszkujące polskie Karpaty Wschodnie w latach 2014– 2015. W Tatrzańskim Parku Narodowym (po polskiej stronie) – 55 osobników (między 45 a 79) w 2018 r.
Czy w programie będziecie korzystać tylko z fotopułapek czy także z innych danych, np. ze zdjęć satelitarnych?
Na razie tylko z fotopułapek. Nie chcemy wyłącznie gromadzić tych danych, lecz także je analizować. Dlatego po etapie bardziej technicznym, czyli budowy infrastruktury, planujemy zajmować się istotnymi zagadnieniami z zakresu ekologii, np. badać, jak zmienia się rozmieszczenie niektórych gatunków, choćby rysia eurazjatyckiego lub iberyjskiego, jaki wpływ mają na to zmiany temperatury; czy niektóre gatunki stają się mniej liczne; chcemy zrozumieć wpływ obecności człowieka na aktywność zwierząt i ich rozmnażanie.
Czy na działanie samych fotopułapek mają wpływ pory roku, to, czy jest dzień czy noc?
To zależy, przede wszystkim fotopułapki też mają swoje błędy, różnie mogą działać czujniki, które ją uruchamiają. Ale też pory roku i ilość światła w ciągu doby wpływają na odczytywanie pomiarów, widzimy, że sztuczna inteligencja działa lepiej w nocy, my jesteśmy lepsi w dzień. Wiele zmiennych trzeba brać pod uwagę, w tym deszcz, nasłonecznienie.
Czy system, który Państwo konstruują, będzie łatwy w obsłudze dla pracowników parku?
Zależy nam na tym, żeby system był jak najprzystępniejszy, a także żeby potencjalni użytkownicy mieli świadomość, że warto z niego korzystać, zwłaszcza jeżeli chcą mieć wartościowe dane, a nie jakiekolwiek. Każdy kraj UE na mocy dyrektywy siedliskowej…
