Цифровые 3D-модели коралловых рифов помогут восстановить эти экосистемы
Мониторинг здоровья тысяч квадратных метров коралловых рифов — сложная задача для морских биологов. Часто необходимо оценивать одни из самых биоразнообразных экосистем планеты в условиях ограниченного времени из-за правил безопасности при дайвинге.
Точное измерение и классификация даже небольших участков рифов могут занимать много часов под водой. С учётом миллионов рифов по всему миру, нуждающихся в наблюдении из-за угроз их существованию, скорость критически важна.
Цифровая революция в мониторинге коралловых рифов стала возможной благодаря развитию недорогих камер и вычислительных технологий. Новое исследование показывает, как создание 3D-компьютерных моделей целых рифов (цифровых двойников) помогает отслеживать эти экосистемы быстрее, точнее и детальнее, чем когда-либо.
Работа велась на 17 участках в центральной Индонезии (деградировавшие, здоровые и восстановленные рифы). На каждом участке площадью 1000 м² использовалась техника фотограмметрии для создания 3D-моделей.
Дайвер проплывал на высоте 2 метра над кораллами по схеме «газонокосилки», используя две подводные камеры, запрограммированные делать снимки дна дважды в секунду. За полчаса было сделано 10 000 перекрывающихся высококачественных снимков, покрывающих всю площадь.
С помощью высокопроизводительного компьютера и экспертов компании Tritonia Scientific эти изображения были обработаны в точные 3D-модели для всех 17 участков. Полученные модели превосходят традиционные методы мониторинга по скорости, стоимости и воспроизводимости точных измерений.
В исследовании эта техника применена для оценки успеха крупнейшего в мире проекта по восстановлению кораллов — Mars Coral Reef Restoration Project на острове Бонтосуа (архипелаг Спермонде, Южный Сулавеси, Индонезия).
Результаты показывают, что при грамотном управлении восстановление кораллов может вернуть многие элементы, включая сложность структуры рифа на больших площадях. Сравнивая 3D-модели, можно оценить сложность поверхности рифа и измерить её детали в разных масштабах — что крайне сложно сделать дайверам под водой.
В более раннем исследовании 2024 года команда применила фотограмметрию для измерения скорости роста отдельных коралловых колоний. Сравнивая детальные 3D-модели до и после года роста, было показано, что восстановленные рифы могут достигать темпов роста, сравнимых со здоровыми естественными экосистемами. Это подчёркивает потенциал восстановленных рифов к регенерации и функционированию, подобно нетронутым.
За пределами коралловых рифов
Фотограмметрия широко применяется в различных областях на суше и в океане: мониторинг лесов с дронов, архитектурное и городское планирование, отслеживание эрозии почв и изменений ландшафта.
В морской среде это мощный инструмент для мониторинга изменений: колебаний кораллового покрова, сдвигов в видовом разнообразии и структуре рифа. Метод также используется для экономичных измерений rugosity (шероховатости или текстуры поверхности рифа). Большая шероховатость обычно указывает на более сложные местообитания, которые могут поддерживать большее разнообразие морской жизни и отражают более здоровые рифовые системы. Эти методы дают важные базовые данные, помогающие учёным отслеживать изменения во времени и разрабатывать эффективные стратегии сохранения.
Хотя этот метод дешевле и быстрее традиционной полевой работы, остаются финансовые барьеры. Необходимое оборудование и программное обеспечение могут стоить от нескольких тысяч до десятков тысяч долларов, а освоение техник требует времени. Пройдёт время, прежде чем эти методы станут стандартом для большинства полевых биологов.
Помимо мониторинга рифов, фотограмметрия всё чаще используется в разработке виртуальной (VR) и дополненной реальности (AR), позволяя создавать immersive-среды для образования, развлечений и исследований. Например, агентство NOAA предлагает исследовать коралловые рифы через VR.
В будущем фотограмметрия может революционизировать экологический мониторинг, предлагая более быстрые и точные базовые оценки изменений экосистем, таких как обесцвечивание кораллов и сдвиги в биоразнообразии. Достижения в машинном обучении и облачных вычислениях, как ожидается, further автоматизируют и улучшат фотограмметрию, увеличив её доступность и масштабируемость и закрепив её роль как важного инструмента в conservation science.