Фотограмметрия помогает понять и защитить сложные морские экосистемы

Оценить влияние таких событий, как морские тепловые волны, на численность морских организмов сложно. Биологические сообщества естественным образом меняются со временем и различаются в зависимости от местоположения. Ученым необходимо отделить эти естественные изменения от вызванных деятельностью человека, и для этого требуется новый подход.

Традиционно морские биологи оценивали состояние подводных скал или коралловых рифов, определяя размеры популяций лишь на небольших участках. Один из методов — размещение рулетки на рифе и определение организмов под ней через равные промежутки. Другой — фотографирование квадратов известной площади (quadrats) с последующим анализом площади, покрытой разными организмами.

Однако эти методы дают оценку лишь для очень малой части рифа и ограниченной доли присутствующих животных и растений. Они также предоставляют мало информации о трехмерной (3D) сложности и структуре рифа, создаваемой организмами вроде кораллов и губок, что критически важно для поддержания высокого биоразнообразия.

Новое исследование демонстрирует, как современные фотографические методы можно использовать для измерения сложности среды обитания на коралловых рифах и их трехмерной структуры. Эта информация была применена для оценки последствий перехода от рифов с доминированием кораллов к рифам с доминированием губок на доступное жизненное пространство для рыб и других организмов.

Искусство и наука

Фотограмметрия — техника извлечения 3D-информации из фотографий. Процесс включает съемку множества изображений объекта или области под разными углами. С помощью специализированных алгоритмов эти снимки анализируются и преобразуются в 3D-цифровые модели.

Эти модели можно масштабировать в соответствии с реальными размерами, что позволяет точно измерять организмы. Хотя фотограмметрия не нова, ее применение в морской науке расширилось в последние годы, полностью меняя подход к мониторингу морской среды и оценке антропогенного воздействия.

Кроме того, фотограмметрические инструменты можно использовать для оценки размеров китов, создания реалистичных симуляций или образовательных VR-опытов.

Недавнее исследование в Индонезии использовало фотограмметрию для оценки потенциального влияния перехода от коралловых к губковым рифам на структурную сложность рифа. Сравнивалась структурная сложность участков рифа с доминированием кораллов и губок. Фотограмметрия позволила лучше понять различные факторы, влияющие на структурную сложность кораллов, что невозможно при использовании традиционных 2D-фотографий.

Исследование показало, что на рифах с доминированием губок меньше самых маленьких укрытий для рыб и других организмов, в то время как на коралловых рифах меньше крупных пространств. Эта информация важна, поскольку мельчайшие укрытия на рифах занимают мелкие рыбы и виды, которые служат пищей для животных выше по пищевой цепи. Потеря этих небольших убежищ ведет к снижению способности рифа поддерживать биоразнообразие.

Масштабирование

Хотя исследование в Индонезии охватывало лишь небольшие участки рифа, использование фотограмметрии для мониторинга и картографирования морских экосистем быстро расширяется.

Благодаря современному оборудованию и программному обеспечению теперь можно быстро создавать модели для гораздо больших площадей. Высокое разрешение фотографий позволяет идентифицировать даже самых мелких животных в моделях.

Эти модели дополняют традиционные методы отбора проб, которые оценивают численность организмов лишь на небольшой площади рифа. Теперь же появилась возможность исследовать целые рифы.

Поскольку модели рифов, полученные методом фотограмметрии, являются 3D-объектами, можно собирать множество новых данных, таких как точная площадь поверхности и объем организмов. Для многих организмов, таких как губки и кораллы, площадь поверхности и объем более важны для измерения их экологической значимости, чем просто площадь покрытия рифа.

Кроме того, 3D-модели больших площадей можно ориентировать, масштабировать и геопривязывать, создавая все характеристики типичной карты. Это значительно упрощает поиск ранее обследованных участков.

В итоге это приводит к лучшей характеристике морских сообществ, облегчает мониторинг и визуализацию изменений, а также оценку влияния различных факторов, таких как морские тепловые волны.

Наконец, можно создавать масштабированные 3D-модели сложных организмов, что позволяет точнее измерять рост и изменение формы. Это дает лучшее понимание того, как изменения окружающей среды влияют на организмы.

Визуализация изменений биоразнообразия

VR-технологии давно используются для доступа к морской среде без погружения в воду, в основном в образовательных, просветительских и тренировочных целях.

Но 3D-модели, созданные с помощью фотограмметрии, открывают новые захватывающие возможности для вовлечения публики. Люди могут взаимодействовать со средой, познавать новые миры и точки зрения, одновременно обучаясь и повышая свою экологическую сознательность.

Применение 3D-моделей, полученных с помощью подводной фотограмметрии, обладает большим потенциалом для мониторинга морской среды и обнаружения антропогенного воздействия.

Эти модели представляют собой трансформационный сдвиг в способе сбора информации в морских экосистемах. По мере развития технологий они будут способствовать более масштабному мониторингу морской среды и более эффективному управлению.