介绍 🌎
气候变化是对人类的最大威胁，影响我们的社会、生物多样性和经济。它包括一个特定地区30年以上的长期气象模式，受到被称为温室效应的自然现象的影响。包括二氧化碳和甲烷在内的温室气体将辐射固定在地球大气中，对维持支持生命所必需的温度起着至关重要的作用。
不幸的是，燃烧化石燃料等人类活动释放过多的温室气体到大气中，从而加剧了温室效应。因此，地球的温度以每十年约**0.14华氏度（0.08摄氏度）**的惊人速度上升。
问题：一个变暖的世界 🏭
世界正在快速变化，但变化并不是向好的方向。气候变化已成为我们这个星球面临的最紧迫的问题之一，其后果在我们身边无处不在。也许气候变化最被忽视但最重要的影响之一是其对我们的海洋的影响。
海洋是我们星球的生命之源，覆盖着其表面的超过70％，为无数海洋生物提供家园。然而，随着世界变暖，海洋感受到了热量。更高的海洋温度已经与威胁海洋生物的健康和生存以及破坏整个生态系统的一系列后果联系起来。
海洋温度升高直接而立即地影响海洋生物，其中许多无法适应这些变化。一些物种对水温的微小变化都很敏感，无法在更温暖的环境中生存。更温暖的海洋还会扰乱海洋动物迁徙和繁殖的时间和模式，影响整个食物链并破坏生态系统。
但是，更温暖的海洋的影响并不止于此。它们还有助于极端天气事件（如飓风、台风和气旋）的频率和强度。这些风暴由温暖的海洋温度推动，可以对沿海社区造成重大损害，并破坏航运和贸易。也许更温暖的海洋最重要的影响是海平面上升的威胁。随着海洋温度的升高，海水膨胀，冰川和冰盖融化，导致海平面总体上升。这种海平面上升可能导致海岸侵蚀、洪水和咸水侵入淡水资源。
珊瑚白化
珊瑚是由称为珊瑚虫的小型浮游动物构成的，它们以浮游生物为食。在珊瑚组织内部，有一种叫做赤潮藻的藻类居住。这种藻类通过光合作用为珊瑚提供必需的营养，并赋予它们鲜艳的颜色。当珊瑚排出共生藻时，它们看起来是白色或“白化的”。这个过程发生在珊瑚处于压力下时，通常是由于海洋温度的变化引起的。
珊瑚礁是地球上最多样化和最具生产力的生态系统之一。它们为超过25％的所有海洋生物提供家园，并支持世界各地数百万人的生计，即使珊瑚礁本身仅覆盖了不到1％的海洋。超过100个国家和地区的5亿人依赖珊瑚礁获得食物和资源。
值得注意的是，珊瑚礁不仅仅是好看的景观；它们对抗气候变化也是至关重要的。它们对维持我们星球的健康至关重要，不仅因为它们为众多海洋物种提供了家园，还因为它们在调节碳循环方面发挥着至关重要的作用。当赤潮藻等光合作用生物生活在珊瑚组织中时，它们从周围的水中吸收二氧化碳并产生氧气，就像陆地上的植物一样。这些微小的光合细胞是珊瑚礁吸收和储存大量二氧化碳的原因。
实际上，据估计，珊瑚礁每年可以吸收高达70至90万吨的碳，使它们成为地球上最有效的碳汇之一。为了举个例子，这相当于**约200万辆乘用车的年度碳排放量。**🤯
案例研究：大堡礁
大堡礁是地球上最大的珊瑚礁系统，是无数海洋生物的家园。这个横跨2300公里的澳大利亚海岸的联合国教科文组织世界遗产是一个独一无二的生态系统。它由超过2900个独立的珊瑚礁、900个岛屿和成千上万种鱼类、鲨鱼、海龟和其他海洋生物组成。这个礁石位于澳大利亚昆士兰州海岸外的珊瑚海。
大堡礁海洋公园管理局
它不仅是一个自然奇迹，也是澳大利亚经济的重要贡献者，每年从旅游和渔业中创造数十亿美元的收入。不幸的是，在一次单一的白化事件中，大堡礁50％的珊瑚被摧毁，导致数千个动物栖息地的丧失。**仅在2022年，大堡礁上调查的珊瑚礁中有91％**受到珊瑚白化的影响，影响了数千种海洋动物和依赖珊瑚礁的经济。保护和保护大堡礁对于未来海洋生态系统的健康和依赖它的人们至关重要。
当前解决方案 🔍
我们的海洋的未来和全球珊瑚礁的健康取决于我们提出可以帮助对抗珊瑚白化的解决方案。已经开发了几种策略来解决这个问题，包括藻类种植、珊瑚园艺和海洋保护区。这些解决方案虽然不完美，但在恢复和保护珊瑚生态系统方面表现出有希望的结果。
藻类种植🚜
藻类种植涉及在受控环境中培育某些类型的藻类，例如大型水箱或池塘，以生产各种产品。为了生长藻类，需要将水、光和营养物添加到水箱中，以创造藻类繁荣的最佳条件。然后，藻类进行光合作用并产生氧气，同时吸收二氧化碳，使其成为有效的碳汇。收获的藻类可以用于帮助应对压力下的珊瑚恢复。虽然藻类养殖有着很大的潜力，但它并不是万能的解决方案。培育足够多的藻类以产生显著影响可能需要花费大量时间和金钱。此过程需要经过专业训练的专家来识别合适的藻类，并仔细监测它们的生长。
将健康珊瑚移植到不同的珊瑚礁中 🤿
这个过程也被称为“珊瑚园艺”，它包括在苗圃中培育珊瑚，直到它们足够成熟，可以移植到受损的珊瑚礁上。一旦足够成熟，珊瑚就会被小心翼翼地移植到受损的珊瑚礁现场。目标是创建新的珊瑚群落，以帮助重建受损的生态系统并为海洋生物提供新的栖息地。这个过程在一些地方已经成功实施，包括菲律宾，那里建立了珊瑚园，帮助恢复受损的珊瑚礁。
虽然这种方法可以有效，但也需要大量的劳动力和谨慎考虑，以防止疾病和其他环境压力的传播。此外，确保移植的珊瑚具有基因多样性并能够承受当地的环境条件至关重要。
海洋保护区和强制执行法规 🛟
海洋保护区可以为珊瑚生态系统提供安全的避难所，使它们能够从褪色等压力中恢复过来。通过执行限制人类活动（如捕鱼和旅游）的法规，我们可以帮助保护和维护这些重要的生态系统。
然而，在监测人类活动和强制限制方面也可能存在困难，特别是在偏远或难以到达的地区。在某些情况下，建立海洋保护区也可能会导致与依赖捕鱼和其他活动谋生的当地社区之间的冲突。
**但是，**当探索这个问题时，我意识到所有这些解决方案都需要耗费大量时间和金钱，这就是我创建SeaBloom的原因。
SeaBloom - 概述
在我们星球湛蓝的海水下，有着一个脆弱的生态系统，是丰富的海洋生物和令人惊叹的珊瑚礁的家园。但是，随着气候变化、污染和人类活动的影响，这个海底世界正面临着威胁。这就是SeaBloom的作用 - 通过结合人工智能、LiDAR映射和微碎片技术来保护和再生珊瑚礁，从而解决这个问题。
背景 🪸
珊瑚繁殖类型
有性繁殖 -
珊瑚幼虫通过两种方式进行有性繁殖：在珊瑚虫体内进行内受精或在水中进行外受精，称为产卵。在某些地区，根据温度、白天长度和月亮周期等环境因素，每年特定的晚上会发生大规模的珊瑚产卵事件。这些事件需要珊瑚物种之间的协调，以最小化杂交。
有性繁殖在维护珊瑚种群的遗传多样性方面起着至关重要的作用，增强了它们适应环境变化的能力。这种繁殖方式也促进了新珊瑚群落的创建，产生了具有独特适应环境的个体。
无性繁殖 -
无性繁殖发生在个体珊瑚虫体或小群珊瑚虫体通过发芽克隆自己时。这种繁殖类型可以导致大量遗传相同的珊瑚生长，这对于恢复工作非常有用。但是，它也可能导致遗传多样性的减少，使这些珊瑚更容易受到环境压力的影响，如疾病爆发或褪色事件。
碎片繁殖 -
碎片繁殖是一种无性繁殖，其中一块珊瑚从母珊瑚群体中脱落并生长成一个新的珊瑚群体。这个过程可能会在风暴或其他环境压力下自然发生，也可能通过人为干预（如珊瑚园艺）诱导。碎片繁殖是珊瑚恢复的有价值的工具，因为它允许建立从现有珊瑚群体中衍生出的新珊瑚群体。
我们的技术 🛠️
示例原型
在SeaBloom，我们旨在将人工智能、LiDAR和微碎片技术相结合，帮助确保我们的世界海洋生物和珊瑚礁不会因珊瑚褪色的影响而继续恶化。
我们的珊瑚繁殖类型
SeaBloom使用微碎片技术，通过仔细收集小样本并精细处理来利用健康的珊瑚群体的潜力。通过将这些样本精确地切成直径小于1厘米的微小碎片，SeaBloom最大化了它们的生长潜力和韧性。
一旦获得这些碎片，它们就会在经过精心设计的陆地苗圃中得到培育。在这里，它们接受最理想的条件来生长，包括受控的照明、水质和营养供应。在海洋专家的密切关注下，这些碎片会被培育，直到它们达到移植的最佳大小。
SeaBloom过程的下一个阶段涉及将成熟的碎片重新种植到战略放置在海床上的框架上。这些框架是珊瑚群体建立自己和茁壮成长的基础。通过有选择地繁殖和培育最具韧性的珊瑚，SeaBloom旨在创建可以抵御环境压力带来的挑战的气候稳定的珊瑚礁。
这种微碎片技术提供了珊瑚的遗传组成的见解。通过研究这些碎片中的遗传多样性，科学家们更深入地了解不同珊瑚种群的适应能力和脆弱性。这种知识不仅有助于识别最具适应性的珊瑚品系，还允许保护和潜在重新引入尚未适应的珊瑚，为未来的生物多样性增强努力做出贡献。# LiDAR 📹
LiDAR，即光探测与测距技术，已经彻底改变了我们以惊人的细节来绘制地貌图和揭示珊瑚生态系统之谜的能力。通过将 LiDAR 的远程 3D 绘图功能与彩色成像相结合，研究人员现在可以以前所未有的方式全面了解珊瑚生长和环境状况。
LiDAR 的本质：精准绘制地图
从本质上讲，LiDAR 通过发射激光脉冲并测量光与路径中的物体相互作用后反弹的时间来运作。这个基本原理使得 LiDAR 能够构建出精准的 3D 地图，包括复杂的珊瑚礁结构。
通过每秒捕捉数百万个数据点，LiDAR 生成了一个密集的点云，忠实地呈现出环境的物理特征。这不仅使研究人员能够详细查看珊瑚礁，还可以精确定位收集数据的确切位置，从而促进有针对性的分析和干预。
虽然 LiDAR 提供了宝贵的地形信息，但它可以通过整合无人机捕获的详细彩色图像来进一步增强。通过将彩色成像的丰富性与 LiDAR 的地形数据相结合，研究人员可以获得珊瑚生长模式、分布和整体健康状况的全面理解。LiDAR 绘图和彩色成像的融合形成了一个全面的工具包，使研究人员和潜水员能够更高效、更有效地研究珊瑚礁。
AI 组件 🤖
通过利用两个关键的神经网络——循环神经网络 (RNN) 和卷积神经网络 (CNN)，我们旨在彻底改变珊瑚修复的努力。让我们深入 SeaBloom 的 AI 系统（特别是 CNN 部分）的复杂工作，了解它如何推动我们拯救珊瑚礁的使命。
简而言之，RNN 充当导航罗盘，使得自主探测海底成为可能。通过利用 LiDAR 技术生成的数据，RNN 处理路线和地图，为深度制定航线。RNN 使得 SeaBloom 能够做出明智的决策，自主导航并执行珊瑚样本采集的重要操作。
但在本文中，我们将深入探讨 CNN 如何在我们的技术中使用……
使用卷积神经网络 (CNN) 揭示秘密
珊瑚褪色前后的图像（这种类型的照片数据可以用于我们的模型）
想象一下一个超级放大镜，揭示珊瑚礁的细节。通过其放大和分析图像的能力，CNN 解锁了珊瑚样本中的关键特征和模式。这个 CNN 将使 SeaBloom 能够做出数据驱动的决策，优先考虑修复工作，并促进珊瑚生态系统的整体健康。
什么是 CNN？
卷积神经网络 (CNN) 是一类专门设计用于处理和分析结构化网格数据（如图像）的深度学习模型。它们在各种计算机视觉任务中取得了广泛的成功，包括图像分类、物体检测和图像分割。
它们包括多个层，包括卷积层、池化层和全连接层。每一层对输入数据执行特定的操作，并随着信息在网络中流动而提取越来越复杂和抽象的特征。
让我们深入了解每个层…
深入探究每一层
基本的 CNN 架构 - 由 5 个部分组成
1. 卷积层 🧱
卷积神经网络 (CNN) 的核心构建块是卷积层，是最消耗计算资源的层。
它将一组可学习的滤波器（也称为内核或特征检测器）应用于输入图像。这些滤波器旨在检测输入图像中存在的特定模式或特征，例如边缘、角落或纹理。这些滤波器的大小通常比实际图像要小。
卷积是一种矩阵运算，其中内核（即一小块权重矩阵）在输入数据上移动。在每个位置上，内核对应部分的输入执行逐元素乘法，然后将结果相加以产生输出值。
这个操作捕捉输入的局部模式和特征，使卷积层能够学习和提取有用的信息。产生的输出称为特征映射或激活映射。🗺️
2. 激活函数 💻
接下来我们应用激活函数。有几种常用的激活函数，例如 ReLU、Softmax、tanH 和 Sigmoid 函数。每个函数都有特定的用途：
最常用的激活函数是修正线性单元 (ReLU)，它检查输入值是否为负，然后返回 0，如果是正数则正常传递。ReLU 函数定义为 f(x) = max(0, x)，有助于捕捉数据内的复杂和非线性关系。
3. 池化层 🎱
池化层通常插入在连续的卷积层之间。它们具有两个主要目的：减少输入的空间维度和引入空间不变性。在不同类型的池化操作中，最常用的是最大池化。
在最大池化中，从输入特征映射中提取补丁，并选择每个补丁中的最大值，同时丢弃所有其他值。常用的配置是使用 2x2 的滤波器大小和步长为 2 的最大池化。这个配置将特征映射的平面维度减小了 2 倍。值得一提的是，在最大池化期间特征映射的深度维度保持不变。通过对特征图进行下采样，池化有助于减少计算复杂度并控制过拟合。其他类型的池化操作，例如平均池化或L2范数池化，也可以使用。然而，由于其在保留重要特征方面的有效性，最大池化是最普遍的。
4. 全连接层 (FCs) 🧮
最终卷积或池化层的输出特征图通常被压缩成一维数组或向量。然后将这个压缩表示连接到全连接层，也称为密集层。
在这些层中，每个输入都通过可学习的权重与每个输出相连。全连接层的目的是将卷积和池化层提取的特征映射到网络的最终输出，例如分类任务中的类别概率。最后一个全连接层中节点的数量对应于类别数量。
每个全连接层都后跟一个非线性，通常是前面提到的ReLU激活函数。但是，应用于最后一个全连接层的激活函数与其他激活函数不同，并根据具体任务进行选择。
对于多类分类任务，常用的激活函数是softmax。它将最后一个全连接层的实值输出归一化为类别概率，其中每个值都介于0和1之间，所有值的总和为1。最后一层激活函数的选择取决于任务要求，并可以相应地变化。
Softmax激活
softmax函数以实数向量作为输入并将其转换为概率向量。它确保输出概率总和为1，适合表示每个类别的可能性。
TL;DR
- RNN和CNN的融合有助于指导SeaBloom的行动，促进精确导航、高效样本收集和珊瑚的准确分类。
- 通过利用人工智能，SeaBloom最大化了在对抗珊瑚白化和促进这些脆弱生态系统恢复方面的成功机会。
- 从RNN和CNN中获得的知识使研究人员能够深入研究珊瑚的基因，确定具有弹性的品系，并保护遗传多样性。
- 这些数据使科学家和保育人员能够做出明智的决策，实施有针对性的干预措施，并制定珊瑚礁保护的长期策略。
未来和影响 🌊
以及世界的其他地方 :)
随着SeaBloom的起航，它对珊瑚礁和我们星球的未来产生了巨大的影响。通过利用微碎片技术、LiDAR和无人机等先进技术以及人工神经网络的智能，SeaBloom开创了珊瑚恢复和保护的新时代。其努力不仅旨在扭转珊瑚白化的破坏性影响，还旨在揭示珊瑚基因和生物多样性的秘密，为更具弹性和充满活力的水下世界铺平道路。
随着我们深入未来，我希望SeaBloom能帮助我们培养与海洋的联系，并确保这些壮丽生态系统的生存，以传承给子孙后代。我们可以一起开创通往海洋更可持续和具有弹性的未来的道路，以及展现在它们深处的珊瑚礁的非凡之美。
参考文献
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译自：https://medium.com/@AnushkaPunukollu/seabloom-fab26eec2aea
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