作为一个海洋生物学家团队，评估数千平方米珊瑚礁的健康状况可能是一个令人望而生畏的前景。通常，我们必须监测地球上一些最具生物多样性的生态系统，由于与水肺潜水相关的安全规定，有严格的时间限制。
准确地测量和分类即使是小范围的珊瑚礁也需要花费很多时间在水下。世界上有数百万的珊瑚礁面临着迫在眉睫的生存威胁，需要监测，速度至关重要。
但是现在，由于最近低成本相机和计算技术的进步，珊瑚礁监测的数字革命可能正在进行中。我们的新研究表明，创建整个珊瑚礁的3D计算机模型——有时被称为数字双胞胎——可以帮助我们比以往更快、更准确、更详细地监测这些宝贵的生态系统。
我们在印度尼西亚中部的17个研究地点工作，其中一些珊瑚礁已经退化，另一些则是健康的或恢复的。我们在每个位置的1000平方米的矩形区域遵循相同的协议，使用一种称为“摄影测量”的技术来创建每个珊瑚礁栖息地的3D模型。
我们中的一个人潜水，以“割草机”的方式在珊瑚上方2米的地方来回游过这个珊瑚礁的每平方米，同时携带两台水下相机，每秒拍摄两次海底照片。在短短半小时内，我们拍摄了10,000张覆盖整个地区的高分辨率重叠照片。
后来，我们启动了一台高性能计算机，在水下科技公司Tritonia Scientific的专家的帮助下，我们将这些图像处理成17个地点的精确3D表示。由此产生的模型在速度、成本和持续重现精确测量的能力方面优于传统监测方法。
我们的研究论文应用这种技术来评估世界上最大的珊瑚恢复项目的成功。火星珊瑚礁修复项目位于印度尼西亚南苏拉威西岛Spermonde群岛的Bontosua岛。
我们的研究结果表明，如果管理得当，珊瑚恢复工作可以带回许多元素，包括大面积珊瑚礁结构的复杂性。通过比较3D模型，我们可以看到珊瑚礁的表面结构看起来有多复杂，并在不同的尺度上测量它的细节——这些方面对于潜水员来说太棘手了，无法在水下精确测量。
在2024年的一项早期研究中，我们的团队应用摄影测量法来测量单个群落水平的珊瑚生长速度。通过捕获一年前和一年后的详细3D模型，我们发现恢复的珊瑚礁可以达到与健康的自然生态系统相当的增长率。
这一发现特别重要，因为它突出了恢复后的珊瑚礁恢复的潜力，其功能与未受影响的珊瑚礁环境相似。
超越珊瑚礁
摄影测量正在成为陆地和海洋各个领域广泛采用的工具。除了珊瑚礁，它还被用于用无人机监测森林，开发详细的建筑和城市规划模型，以及监测土壤侵蚀和景观变化。
在海洋环境中，摄影测量是监测和测量环境变化的有力工具，例如珊瑚覆盖的变化、物种多样性的变化和珊瑚礁结构的变化。它也被用于开发经济有效的方法来测量珊瑚礁的凹凸度(珊瑚礁表面的凹凸度或纹理)。
更大的粗糙度通常表明更复杂的栖息地，这可以支持更多种类的海洋生物，反映出更健康的珊瑚礁系统。此外，它还测量珊瑚礁内不同形状和结构的复杂性。这些方法提供了关键的基线，帮助像我们这样的科学家追踪变化并设计有效的保护策略。
尽管这种方法比传统的实地考察更便宜、更快捷，但仍然存在重大的资金障碍。根据所使用的具体设备和软件，必要的设备和软件可能从几千美元到几万美元不等，掌握这些技术需要时间。这些方法要成为大多数野外生物学家的标准可能还需要一段时间。
除了珊瑚礁监测，摄影测量越来越多地用于虚拟现实和增强现实开发，为教育、娱乐和研究创造身临其境的逼真环境。例如，美国国家海洋和大气管理局的珊瑚礁虚拟现实提供了一种通过虚拟现实探索珊瑚礁的迷人方式。
在未来，摄影测量可以通过提供更快，更准确的基线和评估生态系统变化(如珊瑚白化和生物多样性变化)来彻底改变环境监测。机器学习和云计算的进步有望进一步自动化和增强摄影测量，增加其可访问性和可扩展性，并确立其作为保护科学重要工具的作用。
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我是1U号的签约作者“壬泽”！
希望本篇文章《我们的3D数字模型助力恢复珍贵的巨大珊瑚礁生态系统》能对你有所帮助！
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