Salmonların Ekolojik Önemi
Sara Beery, MIT Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri (EECS) Departmanı’na yardımcı doçent olarak katıldı ve ekolojik sorunlara odaklanmak için heyecan duydu. Bilgisayar görme, makine öğrenimi ve veri bilimi konusundaki uzmanlığını koruma ve sürdürülebilirlik yönündeki gerçek dünyadaki zorluklarla başa çıkmak için kullanma fırsatını araştırdı. Beery, enstitünün “gezegen için bilişim” taahhüdünden etkilendi ve yukarıda belirtilen yöntemleri küresel ölçekte çevresel ve biyoçeşitlilik izleme alanına uyarlamayı amaçladı.
Pasifik Kuzeybatı’sında, salmonlar ekosistemlerinin sağlığı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Her yıl, milyonlarca salmon yumurtlamak için göç eder. Göçleri, yumurtaların hayata geçtiği tatlı su dere yataklarında başlar. Genç salmon larvaları okyanusa doğru yol alır ve burada birkaç yıl büyürler. Yetişkin salmonlar, doğdukları derelere geri dönerek türlerinin devamını sağlarlar. Hem dişi hem de erkek salmon, yumurtlama sürecinin ardından kısa süre içinde ölür. Bu süreç, hem kendi türlerini sürdürmeleri hem de ekosistemlerinin sağlığı için kritik bir rol oynar.
Salmonlar, göçleri sırasında geçtikleri ekosistemlerde birçok canlıyı besler. Okyanustan dereye taşıdıkları karbon ve azot gibi besin maddeleri, ortamlarının zenginleşmesine katkı sağlar. Ayrıca, salmonlar birçok yırtıcı-prey ilişkisi için de önemlidir: Ayılar, kurtlar ve kuşlar gibi çeşitli yırtıcılar için bir besin kaynağı olmanın yanı sıra, diğer popülasyonların, örneğin böceklerin kontrolünde de rol oynar. Öldüklerinde, salmonların çürüyen bedenleri çevrelerine değerli besin maddeleri sunmuş olur. Salmonların göçü yalnızca kendi türlerini sürdürmekle kalmaz, aynı zamanda yaşadıkları nehirlerin ve okyanusların sağlığı açısından hayati öneme sahiptir.
Salmon Göçlerinin İzlenmesi
Artan insan faaliyetleri, aşırı avlanma, hidroelektrik gelişim, habitat kaybı ve iklim değişikliği salmon popülasyonları üzerinde önemli etkilere yol açmıştır. Bu nedenle, salmon balıkçılığının izlenmesi ve yönetimi, çevresel, kültürel ve insan ihtiyaçları arasında denge sağlamak için önemlidir. Doğal derelerine göç eden salmonları doğru bir şekilde saymak, tehdit altındaki popülasyonları takip etmek, kurtarma stratejilerinin başarısını değerlendirmek, avlanma sezonu düzenlemelerini yönlendirmek ve ticari ve rekreasyonel balıkçılık yönetimini desteklemek için gereklidir. Doğru popülasyon verileri, karar alıcıların ekosistemin sağlığını korumak ve insan ihtiyaçlarını karşılamak için en iyi stratejileri uygulamalarına yardımcı olur. Salmon göçlerini izlemek, yoğun emek gerektiren ve verimsiz bir iş olmaktadır.
Beery, salmon izleme süreçlerini modern bilgisayar görme yöntemleriyle kolaylaştırmayı hedefleyen bir araştırma projesine öncülük ediyor. Bu proje, Beery’nin yapay zeka, doğa ve sürdürülebilirlik arasındaki disiplinlerarası alanla ilgili daha geniş araştırma ilgisiyle uyumludur. Balıkçılık yönetimine olan ilgisi nedeniyle, MIT’nin Abdul Latif Jameel Su ve Gıda Sistemleri Laboratuvarı’ndan (J-WAFS) fon almayı başardı. Beery, J-WAFS’tan aldığı 2023’teki ilk araştırma hibesi ile MIT kadrosuna katıldığı günden beri önemli bir destek aldı.
Otomatizasyon ve Veri Yönetimi
Tarih boyunca, salmon izleme çabaları, insan gözlemine dayalı olarak nehir kenarlarından salmon sayma yöntemine dayanıyordu. Son otuz yıl içinde, salmon kendi türlerini seçerken buna yardımcı olmak amacıyla su altı sonar sistemleri kullanılmaya başlandı. Bu sonar sistemleri su altında video kamerası olarak işlev görmektedir, fakat ışık sensörleri yerine akustik kullanarak balıkların varlığını tespit eder. Bu sistem, nehir kenarına bir çadır kurup laptoplara bağlı sonar kameralarının çıktılarına dayanarak salmonları saymayı gerektirmektedir. Bu yöntem ek yöntem olarak faydalı olsa da hala önemli ölçüde insan çabasına dayanmakta ve zahmetli bir süreçtir.
Salmon izlemeyi otomatikleştirmek, salmon balıkçılığının daha iyi yönetimi için gereklidir. Beery, “Bu teknolojik araçlara ihtiyacımız var,” diyor. “Çalıştığımız bu karmaşık ekosistemleri izlemek ve anlamada talebe yetişemeyiz.”
Pek çok yaygın yöntemin aksine, Beery’nin ekibi, Northwestern Pasifik’teki göç eden salmon popülasyonlarını otomatik olarak saymak için sonar kameralarıyla video verileri toplamaktadır. Ekip, bilgisayar görme sistemini bağımsız olarak balıkları tespit etmesi için eğitmek amacıyla verilerin bir kısmını etiketlemektedir. Ekip, modelin nasıl çalıştığını şöyle özetliyor: “Bilgisayar görme algoritması, bir çerçevede bir balığı yerinde tespit etmekte ve etrafına bir kutu çizmektedir. Daha sonra, balığı zaman içinde takip eder. Eğer balık ekranın bir tarafında tespit edilir ve diğer tarafında kaybolursa, yukarı doğru hareket ettiğini sayarız.” Ekip, sistem için eğitim verisi oluşturduğu nehirlerde yalnızca %3 ila %5 oranında hata üretmiştir; bu oran, hedeflenen %10’luk hata payından oldukça düşüktür.
“Fishbox” ile Gerçek Zamanlı Yönetim
Ekip, son olarak Klamat Nehri’nde salmon göçünü izlemek üzere bu sistemi yayımlamaktadır. Geçtiğimiz günlerde, bu nehirde dört barajın yıkılmasıyla gerçekleştirilen en büyük baraj kaldırma projesi sonucunda 240 mil uzunluğunda bir nehir, özgür bir şekilde akış sağlamaktadır. Bu saldırının ardından, 800 mil kare habitat salmon için erişilebilir hale gelmiştir. Beery, Klamat Nehri’ndeki salmon popülasyonlarının hemen hemen anında eski seviyelere döndüğünü belirtmektedir: “Barajın yıkılmasından sadece sekiz gün sonra, salmonların yukarı doğru göç etmeye başlaması gözlemlendi.”
Ayrıca, ekip, sahadaki veriler için güç verimli bilgisayar “Fishbox” geliştirmiştir. Bu, balık yönetimcilerinin, mevcut dizüstü bilgisayarlarına ve sonar kameralarına bağlayarak sahada daha verimli bir veri işleme süreci elde etmesine olanak tanır. Fishbox, internet bağlantısı gerektirmeden model çalıştırabilmektedir. Bu, yöneticilerin saati saatine karar vermesini sağlayarak salmon popülasyonlarını daha hızlı yönetmelerine yardımcı olur.
Gelecek Perspektifleri
Bu ekip, bilgisayar görme sistemini geliştirmek, teknolojilerini iyileştirmek ve farklı paydaşlarla olan ilişkilerini artırmak için çalışmalara devam etmektedir. J-WAFS hibe desteği sayesinde, bu önemli projenin başarıyla büyümesi sağlanmıştır. “J-WAFS hibe desteği sayesinde MIT’de bu projeyi sürdürebildik,” diyor Beery. Bu tür bir iş birliği, ihtiyaçları karşılayacak çözümler geliştirmemiz konusunda sıkı entegrasyonu sağlamak için önemlidir. J-WAFS’in 10. yılını kutladığı bu yıl, program, MIT akademisyenlerinin yenilikçi projeler geliştirmelerini teşvik etmeye ve desteklemeye devam etmeyi amaçlamaktadır.
