«Сохранение кудрявого и розового пеликанов» — программа по изучению и защите редких птиц в дикой природе. Чтобы сохранить российскую популяцию пеликанов, ученым нужно вести мониторинг, оценивать численность птиц и следить за их перемещениями, благополучием гнездовых колоний. До недавнего времени пеликанов считали вручную — на это уходила неделя, а оценка получалась приблизительной. Как сообщили в пресс-службе Московского зоопарка, с помощью нейросети это время сократили до 30 миллисекунд.
Результатами поделилась команда проекта — инициатор и координатор программы, ученый секретарь Московского зоопарка Роман Аношин, инженер-исследователь Владимир Валеев и специалист по данным Ольга Рудакова. По их словам, одна из задач программы — мониторинг гнездовых колоний, кормовых и сезонных скоплений кудрявых и розовых пеликанов, особенно за пределами заповедников. В Предкавказье птицы в основном обитают на искусственных водоемах — рукотворных озерах, прудах.
Ученые пытались понять, почему большие колонии птиц стали появляться там, где раньше не водились. Например, на акватории озера Маныч-Гудило, водоемах Центральной Калмыкии. Часто пеликаны живут на территориях охотничьих хозяйств, кормятся на рыбоводных прудах. Режим их использования — дополнительный фактор беспокойства, который вынуждает пеликанов покидать освоенные места.
Проблема в том, что к западу от Урала пригодных для обитания мест все меньше. Дальнейшему продвижению на север препятствует слишком короткое, чтобы успеть вырастить птенцов, лето. На юге слишком сухо, там мало пригодных для пеликанов водоемов.
Единственный путь сохранения популяции пеликанов — баланс хозяйственных и природоохранных интересов на основе системы мониторинга. Причем следить за популяцией нужно практически в реальном времени: только так можно эффективно корректировать систему природопользования и добиваться результатов.
Ученые начали работу с самого крупного поселения пеликанов, расположенного на границе Ставропольского края и Республики Калмыкия. В гнездовых колониях на двух соседних островах в 2020 году проживало 2214 розовых пеликанов и 380 кудрявых. Количество птиц определили «булавочным методом». Для этого брали аэрофотоснимок, например с квадрокоптера, и в буквальном смысле булавкой отмечали на нем каждую попавшую в кадр птицу.
Булавочный метод — сложный и трудозатратный, к тому же он дает только приблизительные данные. В последний раз птиц пересчитывали семь раз, и каждый раз получали новый результат. На пересчет 2100–2200 особей уходила неделя.
Вторая версия модели позволила решить эту проблему. Для модели использовали нейросеть YOLOv5, реализованную на фреймворке Pytorch с архитектурой One-Stage Detector. Она предсказывает координаты ограничивающих рамок с объектами, а также выдает данные по классификации и вероятности нахождения объекта. Для модели на YOLOv5 написали алгоритм постобработки. Дообучившись на дополнительных данных, модель сможет не только увеличить точность распознавания пеликанов, игнорировать чаек и бакланов, но и отличать розовых пеликанов от кудрявых.
Разработчики надеются, что вскоре удастся начать непрерывный мониторинг пеликанов на территории юга России, Калмыкии и Западной Сибири. Вручную на пересчет колонии в 2000 пеликанов уходило примерно 7 дней. Нейросеть получает тот же результат за 30 миллисекунд. Благодаря такой скорости можно оперативно оценивать численность птиц и их территориальное распределение в онлайн-режиме.
В команде проекта уверены, что модель важна не только для орнитологов. Пеликан — индикаторный вид, по поведению этих птиц можно судить об изменениях в окружающей среде. Отслеживая состояние колоний, можно точнее оценивать экологическую ситуацию и прогнозировать изменения климата.
