Phần mềm nhận dạng nhanh một số loài động thực vật nguy cấp, quý hiếm phục vụ công tác quản lý, bảo vệ rừng và bảo tồn đa dạng sinh học là sản phẩm của các nhà khoa học Chi cục Kiểm lâm tỉnh Thanh Hóa.
Trăn trở trước nhiều loài bị tuyệt chủng
ThS Nguyễn Tuấn Anh - chủ nhiệm đề tài cho biết, Thanh Hóa là một trong những tỉnh được đánh giá có tính đa dạng sinh học cao với nhiều loài động thực vật đặc hữu, quý hiếm trong Sách đỏ Việt Nam và thế giới.
Tuy nhiên, một số loài động thực vật quý hiếm trước đây được ghi nhận tại Thanh Hóa đã tuyệt chủng tại địa phương do tình trạng khai thác trái phép, săn bắn, bẫy bắt quá mức, mất sinh cảnh sống làm suy giảm số lượng loài, cá thể.
Trên thực tế, việc nhận dạng nhanh một loài có phải là động vật hoang dã nguy cấp, cần được bảo vệ hay không là rất khó, ngay cả với lực lượng có chuyên môn như kiểm lâm. Làm thế nào để không bỏ sót các trường hợp động vật hoang dã quý hiếm cần được bảo vệ, cần được giải cứu, nhận diện nhanh các loài này, nhóm nghiên cứu đã đi tìm câu trả lời.
Ứng dụng các thành tựu gần đây của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 (đặc biệt là các công nghệ trí tuệ nhân tạo, thị giác máy...), nhóm đã xây dựng được phần mềm tra cứu, nhận diện được một số loài động, thực vật quý hiếm, cần bảo tồn đảm bảo độ chính xác cao, thời gian nhận dạng nhanh và phù hợp với đặc điểm sinh vật riêng của địa phương.
Sau một thời gian nghiên cứu, nhóm đã xây dựng tập dữ liệu về động thực vật quý hiếm, nguy cấp. Bộ dữ liệu ảnh 62 loài động thực vật được thu thập từ các khu bảo tồn thiên nhiên trên địa bàn và từ các nguồn khác nhau trên Internet.
ThS Nguyễn Tuấn Anh cho biết: “Chúng tôi thu thập dữ liệu ảnh của 40 loài động vật và 21 loài thực vật (tổng khoảng 58.336 ảnh). Mục đích của việc thu thập ảnh là để huấn luyện các mạng CNN phân lớp phục vụ nhận dạng danh tính của mỗi loài.
Do vậy, trong mỗi ảnh chúng tôi chụp chỉ chứa một loài với nhiều vị trí khác nhau (như thân, đuôi, đầu với động vật hoặc gốc, rễ, vân lá, thân cây với thực vật).
Ngoài ra, các ảnh được chụp ở các góc độ khác nhau, điều kiện ánh sáng khác nhau và tại nhiều thời điểm trong năm để có thể bao quát được các giai đoạn phát triển của loài (ví dụ các loài lan khi chưa nở hoa và sau khi nở hoa)”
Ngoài ra, nhóm đã ứng dụng thị giác máy vào nhận dạng các loài động thực vật nguy cấp, quý hiếm là một hoạt động có ý nghĩa quan trọng và thu hút được sự quan tâm của cộng đồng trong các lĩnh vực lâm nghiệp, bảo tồn thiên nhiên.
Trước đây việc nhận dạng các loài động thực vật phụ thuộc rất nhiều chuyên gia thuộc các nhóm phân loại khác nhau như phân loại động vật, thực vật, hay côn trùng.
Do vậy việc xây dựng các mô hình mạng nơ ron nhân tạo và phát triển ứng dụng trên điện thoại sẽ là rất cần thiết và là một công cụ quan trọng hỗ trợ cán bộ kiểm lâm trong việc kiểm tra, xác minh danh tính các loài động thực vật quý hiếm. Qua đó, giúp ngăn chặn kịp thời các hành vi săn bắt trái phép, giúp bảo tồn và bảo vệ các loại động thực vật quý hiếm.
 |
Hình ảnh, đặc điểm nhận dạng Chim Yểng. |
Phần mềm hai phân hệ
ThS Nguyễn Tuấn Anh cho biết, phần mềm nhận dạng nhanh động thực vật gồm hai phân hệ. Phân hệ quản trị chạy trên nền website gồm các nhóm chức năng quản lý hệ thống chung như đăng nhập, đổi mật khẩu, sao lưu dữ liệu, khôi phục dữ liệu…
Nhóm chức năng danh mục gồm các chức năng quản lý các danh mục dùng chung cho hệ thống, xem các loài động, thực vật, xem theo nhóm, chi tiết sinh vật, chỉnh sửa danh mục loài...
Nhóm chức năng đăng kí gồm các chức năng cho phép đăng kí danh sách nhóm động, thực vật mới khi khởi tạo hệ thống, khi dùng để huấn luyện mạng nơ-ron…
Nhóm chức năng gửi báo cáo: Là các chức năng phục vụ cho việc báo cáo kết quả nhận diện; tích hợp gửi tin nhắn, email, hình ảnh đến cơ quan có chức năng khi phát hiện có hành vi vi phạm pháp luật về qui định bảo vệ động, thực vật có nguy cơ tuyệt chủng…
Nhóm chức năng quản trị, hướng dẫn sử dụng: Hỗ trợ người sử dụng như quy trình sử dụng hệ thống; quy trình sử dụng cho người quản trị cao cấp; quy trình sử dụng cho nhân viên kiểm lâm.
Phân hệ thứ hai là nhận dạng nhanh động thực vật chạy trên nền tảng điện thoại (iOS14.3 và Android). Phần mềm hoạt động như ứng dụng độc lập trên điện thoại, không kết nối đến máy chủ, không kết nối Internet, gồm các tính năng chính như nhận dạng qua camera, cho phép khởi động camera từ ứng dụng và chụp ảnh.
Lưu trữ ảnh chụp, vùng ảnh cần nhận diện vào thư mục ứng dụng, AI sẽ hoạt động để nhận dạng nhanh vùng ảnh đã khoanh hoặc cả ảnh chụp và trả kết quả nhận dạng.
Người dùng cũng có thể chọn một hoặc một số ảnh từ thư mục ảnh trong máy điện thoại, khoanh vùng cần quan tâm và tiến hành nhận dạng. Phần mềm có thể sử dụng ở cả hai chế độ Online (có mạng Internet) và Offline (không có mạng Internet) để nhận dạng động, thực vật; có thể nhận dạng từ hình ảnh quét trực tiếp hoặc sau khi có hình ảnh chụp từ điện thoại trong quá trình tuần tra, kiểm soát. Sau khi nhận dạng, có thể tra cứu thông tin chi tiết về loài (như phân bố, đặc điểm sinh học, sinh thái...).
Thời gian nhận dạng nhanh so với một số phần mềm nhận dạng khác, độ chính xác ở mức cao (trên 75%), có thể sử dụng trên cả 2 hệ điều hành IOS và Android, có thể cập nhật loài mới thông qua dữ liệu ảnh mới được thu thập.
Phần mềm tạo ra từ công trình giúp nhân dân, các đơn vị quản lý, các ban quản lý rừng đặc dụng, phòng hộ, các Hạt Kiểm lâm trên địa bàn tỉnh Thanh Hoá dễ dàng nhận biết nhanh các loài động, thực vật quý hiếm qua đó nhanh chóng đưa ra các giải pháp để bảo tồn, phát triển thực trạng quần thể để các loài động, thực vật quý hiếm có điều kiện sinh trưởng tốt.
Phần mềm nhận dạng với cơ sở dữ liệu đầy đủ có thể tiết kiệm được tối đa thời gian cũng như chi phí trong việc xác định, nhận dạng loài, phục vụ cho hoạt động nghiên cứu khoa học cũng như hoạt động sản xuất, kinh doanh có liên quan, đảm bảo hiệu quả chi phí.
