作者:莱布尼茨-海洋研究中心(ZMT)

哥伦比亚太平洋海岸乌特里亚国家公园红树林的俯视图

不来梅莱布尼茨热带海洋研究中心(ZMT)的科学家利用无人机图像和人工智能(AI)开发了一种方法，可以描绘森林中的每棵树，并估计其高度和直径。这种能力有助于建立红树林等森林的生物清单，也有助于确定它们的碳储存量。他们的研究作为一篇专题文章出现在杂志上遥感.

红树林可以储存大量的二氧化碳2和沉积土壤中的有机物质。因此，它们被认为是在应对气候变化的斗争中值得特别关注的生态系统之一。专家估计，全世界有40到200亿吨有机碳储存在这些潮汐森林中。然而，不同地区的碳含量差异很大红树看台。

迄今为止，对热带各种红树林地区碳储量的精确估计几乎不存在。通常，测量树的高度和直径是在几个小地块上进行的，并根据树种的木材密度和组成，估计地上生物量。

红树林的性质使得这项任务非常困难。通常它们非常偏远，很难到达。你可能会在泥泞的沉积物中沉到肚脐，不得不在潮汐通道中涉水或游泳，受到成群蚊子的折磨。尽管做了这么多努力，由于自然的可变性，这些估计仍然是不精确的。

如何更准确、更容易地记录大面积偏远红树林的碳储量？这是莱布尼茨热带海洋研究中心(ZMT)数据科学和技术小组的科学家们面临的任务。“我们正在寻找新的技术来覆盖整个森林区域，并实现定期监测，”该研究的主要作者、博士生丹尼尔·舒尔兹(Daniel Schürholz)解释道。“关于森林中树木的信息越详细，储存碳的计算就越精确。”

在巴西布拉加附近的红树林中行走可能会非常乏味。鸣谢:马丁·齐默，莱布尼茨热带海洋研究中心

该小组调查了精确测绘树冠茂密的大型红树林的可能性。单棵树的清单，包括它们的高度、位置和树冠面积大小，可以更准确地计算碳存储量，并监控森林的状况和健康。“鉴于目前在以下方面的进展人工智能，我们决定测试尖端技术，以自动检测森林中的单棵树，”Schürholz说。

乌特利亚国家公园位于哥伦比亚的太平洋海岸。它主要由无法穿越的红树林组成。在公园管理员和哥伦比亚山谷大学研究人员的支持下，无人机被用来从上方拍摄森林树冠。

回到不来梅，利用摄影测量工具，ZMT的科学家们创造了超过卫星图像细节的大规模森林马赛克。然后，他们开发了一个人工智能工作流程，可以将大型马赛克分为不同的栖息地类别，对于本地红树林物种，可以描绘每棵树，并估计其树冠的高度和直径。知道了树的种类、高度和直径，就可以估算出地上生物量。

“使用我们的人工智能工作流程，我们计算出，例如，在研究的区域中有19，717棵树属于当地特有的红树林物种粗皮红树。这是一个用传统方法很难实现的估计，”ZMT生境制图专家、该研究的合著者Arjun Chennu说。

“除了确定蓝碳储量，低成本无人机图像和人工智能工具的使用还可以应用于其他各种功能，如非法伐木、入侵物种检测或动植物群落变化，”他说。

通过他们的工作，研究人员希望通过为决策者提供更可靠的数据来支持保护或恢复珍贵的红树林红树林。“当前围绕尖端人工智能算法的炒作也应该应用于环境问题，以提高我们对自然世界的理解，”Schürholz规定。“随着人工智能的发展速度，我们将能够揭示越来越多关于自然界过程的细节，并更好地理解如何保护和可持续地管理它。”

类似的算法可以用于绘制其他生态系统的地图，如珊瑚礁或温带森林，以及识别动物和跟踪它们的运动。德国的森林也可以从这种方法中受益。Schürholz说，先决条件是使人工智能算法适应在这些森林中发现的物种。“我们正在为一个可以在全球使用的系统提供一个很好的蓝图，”他补充道。

更多信息:Daniel Schürholz等人，为树木看森林:使用人工智能从红树林的航拍图像中绘制覆盖范围和计算树木，遥感 (2023). DOI: 10.3390/rs15133334

由莱布尼茨海洋研究中心(ZMT)提供