Vores digitale 3D-modeller kan hjælpe med at genoplive enorme koralrev

For et hold af havbiologer kan det være en skræmmende udsigt at vurdere sundheden for tusindvis af kvadratmeter koralrev – men en digital revolutionen ændrer det, siger dykkerne TIM LAMONT og RINDAH TALITHA VIDA fra Lancaster University og PRØVER BLANDINE RAZAK fra IPB University i Indonesien

Vi skal ofte overvåge nogle af de mest biodiverse økosystemer på planeten, og der er en streng tidsbegrænsning på grund af sikkerhedsbestemmelserne i forbindelse med dykning.

Nøjagtig måling og klassificering af selv små områder af rev kan involvere at tilbringe mange timer under vand. Og med millioner af rev rundt om i verden, der har brug for overvågning i lyset af truende trusler mod deres eksistens, hastighed er kritisk.

Men nu, en digital revolution for overvågning af koralrev kunne være i gang, muliggjort af de seneste fremskridt inden for lavpris kamera- og computerteknologi. Vores ny undersøgelse viser, hvordan man laver 3D computer modeller af hele rev - nogle gange kendt som digital tvillinger – kan hjælpe os med at overvåge disse dyrebare økosystemer hurtigere, mere præcist og mere detaljeret end nogensinde før.

Vi arbejdede på 17 undersøgelsessteder i det centrale Indonesien – nogle rev blev nedbrudt, andre var sunde eller restaurerede. Vi fulgte den samme protokol ved rektangulære områder, der målte 1,000 m3 på hver lokation, ved at bruge teknikken kaldet "fotogrammetri" til at skabe XNUMXD-modeller af hvert rev-habitat.

En af os dykkede og svømmede 2 m over korallerne frem og tilbage i et "plæneklipper"-mønster på tværs af hver kvadratmeter af dette rev, mens vi havde to undervandskameraer programmeret til at tage billeder af havbunden to gange i sekundet. Inden for blot en halv time havde vi taget 10,000 højopløselige, overlappende billeder, der dækkede hele området.

Højtydende computer

Senere startede vi en højtydende op computer, og med hjælp fra specialisteksperter fra et undervandsvidenskabsteknologifirma kaldet Tritonia Scientific, behandlede vi disse billeder til nøjagtige 3D-repræsentationer for hver af de 17 steder. De resulterende modeller overgår traditionelle overvågningsmetoder i hastighed, omkostninger og evnen til konsekvent at gengive nøjagtige målinger.

Vores forskningspapir anvender denne teknik til at vurdere succesen med verdens største koralrestaureringsprojekt. Mars koralrev Restaureringsprojekt er placeret på Bontosua Island på Spermonde-øgruppen i det sydlige Sulawesi, Indonesien.

Vores resultater viser, at koralrestaureringsindsatsen, når den er velforvaltet, kan bringe mange elementer tilbage, herunder kompleksiteten af ​​revstrukturen på tværs af store områder.

Ved at sammenligne 3D-modellerne kan vi se, hvor kompleks overfladestrukturen af ​​koralrevet ser ud, og måle dets detaljer i forskellige skalaer – disse aspekter ville være alt for vanskelige for dykkere at måle nøjagtigt under vand.

I et tidligere 2024 undersøgelse, anvendte vores team fotogrammetri til at måle korallvæksthastigheder på niveau med individuelle kolonier. Ved at fange detaljerede 3D-modeller før og efter et års vækst, det afslørede vi restaurerede rev kan opnå vækstrater, der kan sammenlignes med sunde naturlige økosystemer.

Dette fund er særligt vigtigt, da det fremhæver potentialet for restaurerede rev til at genoprette sig og fungere på samme måde som uberørte revmiljøer.

Ud over koralrev

Fotogrammetri er ved at blive et bredt anvendt værktøj på tværs af forskellige områder, begge dele på land og i havet. Ud over koralrev bruges det til at overvåge skove med droner, udvikle detaljerede arkitektoniske og byplanlægningsmodeller og overvåge jorderosion og landskabsændringer.

I marine miljøer er fotogrammetri et kraftfuldt værktøj til overvågning og måling miljøændringer såsom variationer i koraldækning, skift i artsdiversitet og ændringer i revstrukturen. Det er også blevet brugt til at udvikle omkostningseffektive metoder til måling af koralrevets ujævnhed (ujævnheden eller teksturen af ​​revets overflade).

Større ujævnhed indikerer generelt mere komplekse habitater, som kan understøtte et bredere udvalg af havliv og afspejle sundere revsystemer.

Derudover måler den kompleksiteten af ​​forskellige former og strukturer i revet. Disse metoder giver afgørende basislinjer, der hjælper videnskabsmænd som os med at spore ændringer over tid og designe effektive bevaringsstrategier.

Selvom denne metode er billigere og hurtigere end traditionelt feltarbejde, er der stadig betydelige økonomiske barrierer.

Omkostninger og uddannelse

Det nødvendige udstyr og software kan variere fra flere tusinde til titusindvis af dollars, afhængigt af det specifikke udstyr og den anvendte software, og det tager tid at mestre disse teknikker. Det kan tage noget tid, før disse metoder bliver standard for de fleste feltbiologer.

Ud over overvågning af koralrev bliver fotogrammetri i stigende grad brugt i virtual reality og augmented reality-udvikling, der muliggør skabelsen af ​​fordybende, naturtro miljøer til uddannelse, underholdning og forskning.

For eksempel det amerikanske agentur National Oceanic & Atmospheric Administration's koralrev virtual reality tilbyder en engagerende måde at udforske koralrev gennem virtual reality.

I fremtiden kan fotogrammetri revolutionere miljøovervågning ved at tilbyde hurtigere, mere præcise basislinjer og vurderinger af økosystemændringer såsom koralblegning og skift i biodiversitet.

Fremskridt inden for maskinlæring og cloud computing forventes yderligere at automatisere og forbedre fotogrammetri, øge dens tilgængelighed og skalerbarhed og etablere dens rolle som et væsentligt værktøj inden for bevaringsvidenskab.

Har du ikke tid til at læse om klimaændringer så meget, som du gerne vil? Få en ugentlig opsummering i din indbakke i stedet. Hver onsdag skriver The Conversations miljøredaktør Imagine, en kort e-mail, der går lidt dybere ind i kun ét klima spørgsmål. Slut dig til de 35,000+ læsere, der har abonneret indtil videre.

Også på Divernet: Hvad skal der til for at koraller overlever?, Verdens koralrev er større, end vi troede..., Fjerntliggende Stillehavskoralrev viser en vis evne til at klare opvarmningen af ​​havet, Koralstyrt: kan vores rev reddes?