Naše digitální 3D modely by mohly pomoci oživit obrovské korálové útesy

Pro tým mořských biologů může být posouzení zdravotního stavu tisíců čtverečních metrů korálových útesů skličující vyhlídkou – ale digitální revoluce to mění, říkají potápěči TIM LAMONT a RINDAH TALITHA VIDA z Lancaster University a TRIES BLANDINE RAZAK z IPB University v Indonésii

Některé z nich musíme často sledovat biologicky rozmanité ekosystémy na planetěa je zde přísný časový limit kvůli bezpečnostním předpisům spojeným s potápěním.

Přesné měření a klasifikace i malých oblastí útesů může vyžadovat strávit mnoho hodin pod vodou. A s miliony útesů po celém světě, které vyžadují monitorování tváří v tvář hrozícímu nebezpečí ohrožení jejich existence, rychlost je kritická.

Ale teď, a digitální revoluce v monitorování korálových útesů by mohla být v plném proudu díky nedávným pokrokům v oblasti levných kamer a výpočetní techniky. Náš Nová studie ukazuje, jak vytvořit 3D počítačový modely celých útesů – někdy známé jako digitální dvojčata – nám může pomoci sledovat tyto vzácné ekosystémy rychleji, přesněji a podrobněji než kdy předtím.

Pracovali jsme na 17 studijních místech ve střední Indonésii – některé útesy byly degradované, jiné zdravé nebo obnovené. Postupovali jsme podle stejného protokolu na pravoúhlých plochách o rozměrech 1,000 3 mXNUMX v každém místě, pomocí techniky zvané „fotogrammetrie“ k vytvoření XNUMXD modelů každého stanoviště útesu.

Jeden z nás se potápěl a plaval 2 m nad korálem tam a zpět ve vzoru „sekačky na trávu“ přes každý čtvereční metr tohoto útesu, přičemž nesl dvě podvodní kamery naprogramované k fotografování mořského dna dvakrát za sekundu. Během pouhé půl hodiny jsme pořídili 10,000 XNUMX překrývajících se snímků ve vysokém rozlišení, které pokrývaly celou oblast.

Vysoce výkonný počítač

Později jsme nastartovali vysoce výkonný počítačovýa s pomocí specialistů z podvodní vědecké technologické společnosti tzv Tritonia Scientific, zpracovali jsme tyto snímky do přesných 3D reprezentací pro každé ze 17 míst. Výsledné modely předčí tradiční metody monitorování v rychlosti, ceně a schopnosti konzistentně reprodukovat přesná měření.

Náš výzkumný dokument používá tuto techniku ​​k posouzení úspěchu největšího světového projektu obnovy korálů. Mars Coral Reef Projekt restaurování se nachází na ostrově Bontosua na souostroví Spermonde v jižním Sulawesi v Indonésii.

Naše zjištění ukazují, že pokud jsou dobře řízeny, úsilí o obnovu korálů může přinést zpět mnoho prvků, včetně složitosti struktury útesů na velkých plochách.

Porovnáním 3D modelů můžeme vidět, jak složitá vypadá struktura povrchu korálového útesu, a měřit jeho detaily v různých měřítcích – tyto aspekty by byly pro potápěče příliš složité na přesné měření pod vodou.

V předchozím 2024 studie, náš tým aplikoval fotogrammetrii k měření rychlosti růstu korálů na úrovni jednotlivých kolonií. Zachycením detailních 3D modelů před a po roce růstu, to jsme odhalili obnovené útesy mohou dosáhnout rychlosti růstu srovnatelné se zdravými přírodními ekosystémy.

Toto zjištění je obzvláště významné, protože zdůrazňuje potenciál obnovených útesů obnovit a fungovat podobně jako nedotčená prostředí útesů.

Za korálovými útesy

Fotogrammetrie se stává široce používaným nástrojem napříč různými obory na souši i v oceánu. Mimo korálové útesy se používá k monitorování lesů pomocí dronů, vývoji detailních architektonických a urbanistických modelů a sledování eroze půdy a změn krajiny.

V mořském prostředí je fotogrammetrie mocným nástrojem pro monitorování a měření změny životního prostředí jako jsou změny v korálovém pokryvu, posuny v druhové diverzitě a změny ve struktuře útesů. Byl také použit k vývoji nákladově efektivních metod pro měření drsnosti korálového útesu (hrbolatost nebo textura povrchu útesu).

Větší drsnost obecně ukazuje na složitější stanoviště, která mohou podporovat širší škálu mořského života a odrážet zdravější systémy útesů.

Navíc měří složitost různých tvarů a struktur v rámci útesu. Tyto metody poskytují zásadní základní linie, které vědcům jako my pomáhají sledovat změny v průběhu času a navrhovat účinné strategie ochrany.

Přestože je tato metoda levnější a rychlejší než tradiční terénní práce, stále existují značné finanční překážky.

Náklady a školení

Potřebné vybavení a software se může pohybovat od několika tisíc do desítek tisíc dolarů v závislosti na konkrétním použitém vybavení a softwaru a zvládnutí těchto technik vyžaduje čas. Než se tyto metody stanou standardem pro většinu terénních biologů, může to nějakou dobu trvat.

Kromě monitorování korálových útesů se stále více využívá fotogrammetrie virtuální realita a rozvoj rozšířené reality, umožňující vytvoření pohlcujícího, živého prostředí pro vzdělávání, zábavu a výzkum.

Například americká agentura National Oceanic & Atmospheric Administration's virtuální realita korálového útesu nabízí poutavý způsob, jak prozkoumat korálové útesy prostřednictvím virtuální reality.

V budoucnu by fotogrammetrie mohla způsobit revoluci v monitorování životního prostředí tím, že nabídne rychlejší a přesnější základní linie a hodnocení změn ekosystémů, jako je bělení korálů a posuny v biologické rozmanitosti.

Očekává se, že pokroky v oblasti strojového učení a cloud computingu dále automatizují a vylepšují fotogrammetrii, zvyšují její dostupnost a škálovatelnost a upevňují její roli jako základního nástroje ve vědě o ochraně přírody.

Nemáte čas číst o změně klimatu tolik, kolik byste chtěli? Získejte místo toho týdenní shrnutí do vaší doručené pošty. Každou středu napíše editor prostředí The Conversation Imagine, krátký e-mail, který jde trochu hlouběji do jednoho klimatu otázka. Připojte se k více než 35,000 XNUMX čtenářům, kteří se dosud přihlásili k odběru.

Také na Divernetu: Co bude potřeba, aby korál přežil?, Světové korálové útesy jsou větší, než jsme si mysleli…, Odlehlý tichomořský korálový útes vykazuje určitou schopnost vyrovnat se s oteplováním oceánu, Coral crash: mohou být naše útesy zachráněny?