Für ein Team von Meeresbiologen kann die Beurteilung des Gesundheitszustands von Tausenden Quadratmetern Korallenriff eine entmutigende Aufgabe sein. Oft müssen wir einige der biologisch vielfältige Ökosysteme auf dem Planetenund aufgrund der Sicherheitsbestimmungen beim Sporttauchen gibt es ein striktes Zeitlimit.
Um selbst kleine Riffbereiche genau zu messen und zu klassifizieren, muss man oft viele Stunden unter Wasser verbringen. Und angesichts der Millionen von Riffen auf der ganzen Welt, die überwacht werden müssen, angesichts der drohenden Bedrohungen für ihre ExistenzGeschwindigkeit ist entscheidend.
Doch nun könnte eine digitale Revolution in der Überwachung von Korallenriffen im Gange sein, ermöglicht durch die jüngsten Fortschritte in der kostengünstigen Kamera- und Computertechnologie. Unsere neue Studie zeigt, wie die Erstellung von 3D-Computermodellen ganzer Riffe – auch als digitale Zwillinge bezeichnet – uns helfen kann, diese wertvollen Ökosysteme schneller, genauer und detaillierter zu überwachen als je zuvor.
Wir haben an 17 Untersuchungsstandorten in Zentralindonesien gearbeitet – einige Riffe waren zerstört, andere gesund oder wiederhergestellt. Wir folgten demselben Protokoll in rechteckigen Bereichen von 1000 m² an jedem Standort und verwendeten eine Technik namens „Photogrammetrie“, um 3D-Modelle jedes Rifflebensraums zu erstellen.
Einer von uns tauchte und schwamm 2 m über den Korallen in einem „Rasenmähermuster“ hin und her über jeden Quadratmeter dieses Riffs. Dabei hatte er zwei Unterwasserkameras dabei, die so programmiert waren, dass sie zweimal pro Sekunde Fotos vom Meeresboden machten. Innerhalb von nur einer halben Stunde hatten wir 10.000 hochauflösende, sich überlappende Bilder gemacht, die das gesamte Gebiet abdeckten.
Später starteten wir einen Hochleistungscomputer und mit Hilfe von Experten eines Unterwasser-Technologieunternehmens namens Tritonia Wissenschaftlichhaben wir diese Bilder für jeden der 17 Standorte zu präzisen 3D-Darstellungen verarbeitet. Die daraus resultierenden Modelle übertreffen herkömmliche Überwachungsmethoden in puncto Geschwindigkeit, Kosten und der Fähigkeit, genaue Messungen konsistent zu reproduzieren.
Unser Forschungsbericht wendet diese Technik an, um den Erfolg des weltweit größten Korallenrestaurierungsprojekts zu bewerten. Mars Coral Reef Restaurierungsprojekt befindet sich auf der Insel Bontosua im Spermonde-Archipel in Südsulawesi, Indonesien.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass gut geführte Korallenrestaurierungsbemühungen viele Elemente wiederherstellen können, darunter auch die Komplexität der Riffstruktur über große Flächen hinweg. Durch den Vergleich der 3D-Modelle können wir sehen, wie komplex die Oberflächenstruktur des Korallenriffs aussieht, und ihre Details in verschiedenen Maßstäben messen – diese Aspekte wären für Taucher unter Wasser viel zu schwierig, um sie genau zu messen.
3D-Modell-Videovisualisierung eines 50 x 20 m großen Riff-Renaturierungsbereichs.
In einer früheren Studie 2024hat unser Team Photogrammetrie eingesetzt, um die Wachstumsraten von Korallen auf der Ebene einzelner Kolonien zu messen. Durch die Aufnahme detaillierter 3D-Modelle vor und nach einem Jahr Wachstum konnten wir zeigen, dass restaurierte Riffe Wachstumsraten erreichen können, die mit gesunden natürlichen Ökosystemen vergleichbar sind.
Dieses Ergebnis ist besonders bedeutsam, da es das Potenzial restaurierter Riffe unterstreicht, sich zu erholen und ähnlich zu funktionieren wie unberührte Riffumgebungen.
Jenseits der Korallenriffe
Die Photogrammetrie wird in vielen Bereichen immer häufiger eingesetzt. an Land und im Meer. Außer zur Beobachtung von Korallenriffen wird es auch eingesetzt, um Wälder mit Drohnen zu überwachen, detaillierte Modelle für Architektur und Städteplanung zu entwickeln und Bodenerosion und Landschaftsveränderungen zu überwachen.
In Meeresumgebungen ist die Photogrammetrie ein leistungsstarkes Werkzeug zur Überwachung und Messung Umweltveränderungen wie etwa Variationen in der Korallenbedeckung, Verschiebungen in der Artenvielfalt und Veränderungen in der Riffstruktur. Es wurde auch verwendet, um kostengünstige Methoden zur Messung der Rauheit von Korallenriffen (der Unebenheit oder Textur der Riffoberfläche) zu entwickeln.
Eine stärkere Rauheit weist im Allgemeinen auf komplexere Lebensräume hin, die eine größere Vielfalt an Meereslebewesen unterstützen können und auf gesündere Riffsysteme hinweisen. Darüber hinaus misst sie die Komplexität verschiedener Formen und Strukturen innerhalb des Riffs. Diese Methoden liefern wichtige Grundlagen, die Wissenschaftlern wie uns helfen, Veränderungen im Laufe der Zeit zu verfolgen und wirksame Schutzstrategien zu entwickeln.
Obwohl diese Methode billiger und schneller ist als die traditionelle Feldarbeit, gibt es immer noch erhebliche finanzielle Hürden. Die erforderlichen Geräte und Softwarekosten können je nach verwendeter Ausrüstung und Software mehrere Tausend bis Zehntausend Dollar betragen, und die Beherrschung dieser Techniken braucht Zeit. Es kann einige Zeit dauern, bis diese Methoden für die meisten Feldbiologen zum Standard werden.
Über die Überwachung von Korallenriffen hinaus wird die Photogrammetrie zunehmend eingesetzt in virtuelle Realität und Augmented Reality-Entwicklung, die die Schaffung immersiver, lebensechter Umgebungen für Bildung, Unterhaltung und Forschung ermöglicht. Beispielsweise hat die US-Behörde National Oceanic and Atmospheric Administration Korallenriff virtuelle Realität bietet eine spannende Möglichkeit, Korallenriffe mithilfe der virtuellen Realität zu erkunden.
In Zukunft könnte die Photogrammetrie die Umweltüberwachung revolutionieren, indem sie schnellere und genauere Basislinien und Bewertungen von Ökosystemveränderungen wie Korallenbleiche und Veränderungen der Artenvielfalt liefert. Fortschritte im maschinellen Lernen und im Cloud-Computing dürften die Photogrammetrie weiter automatisieren und verbessern, ihre Zugänglichkeit und Skalierbarkeit erhöhen und ihre Rolle als wesentliches Instrument in der Naturschutzwissenschaft etablieren.
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