Fra streaming af bikubedata til akustik bruger SAS maskinlæring, analyser til at øge bibestanden

Udgivelsesdato: 20 maj 2020

CARY — SAS vil hjælpe med at redde verdens nr. 1 bestøver af fødevareafgrøder - honningbien. Og det gør den lige i Trekantens baghave.

For at falde sammen med World Bee Day bekræftede Cary-base softwareanalysefirmaet i dag, at det arbejder på tre separate projekter, hvor teknologien overvåger, sporer og forbedrer bestøverpopulationer rundt om i verden.

De omfatter observation af realtidsforhold for bistader ved hjælp af et "akustisk streamingsystem"; arbejder med Appalachian State University om World Bee Count for at visualisere verdens bipopulationsdata; og afkodning af bikommunikation for at maksimere deres madadgang.

"Ved at anvende avanceret analyse og kunstig intelligens på bikubens sundhed har vi et bedre skud som samfund til at sikre denne kritisk vigtige del af vores økosystem og i sidste ende vores fødevareforsyning," sagde Oliver Schabenberger, COO og CTO i SAS, i en udmelding.

IKKE-INVASIVT OVERVÅGNING AF BEISTADENS SUNDHED

Forskere fra SAS IoT Division er ved at udvikle en "bioakustisk overvågningssystem" til non-invasiv sporing af bistaders realtidsforhold ved hjælp af digitale signalbehandlingsværktøjer og maskinlæringsalgoritmer, der er tilgængelige i SAS Event Stream Processing og SAS Viya software.

Ved at forbinde sensorer til SAS' fire Bee Downtown bistader i hovedkvarteret i Cary, NC, startede holdet streaming af hivedata direkte til skyen for løbende at måle datapunkter i og omkring bikuben, herunder vægt, temperatur, luftfugtighed, flyveaktivitet og akustik. In-stream maskinlæringsmodeller blev brugt til at "lytte" til bikubelydene, som kan indikere sundhed, stressniveauer, sværmende aktiviteter og bidronningens status.

For at sikre, at kun brummen fra bikuben blev brugt til at bestemme biers sundhed og lykke, brugte forskere robust principal komponentanalyse (RPCA), en maskinlæringsteknik, til at adskille uvedkommende eller irrelevante støj fra beholdningen af lyde indsamlet af bikubens mikrofoner.

Forskerne fandt ud af, at med RPCA-egenskaber kunne de opdage arbejderbier "piping" ved samme frekvensområde, som en jomfrudronning piber efter en sværm, sandsynligvis for at vurdere, om en dronning var til stede. Forskerne designede derefter en automatiseret rørledning til at detektere enten dronningsrør efter en sværm eller arbejderrør, der opstår, når kolonien er dronningløs.

SAS sagde, at den akustiske analyse kan gøre biavlere opmærksomme på dronningens forsvinden øjeblikkeligt, hvilket er afgørende vigtigt for at reducere antallet af kolonitab markant. Det anslås, at de årlige tabsrater for amerikanske bistader overstiger 40 procent - og mellem 25-40 procent af disse tab skyldes dronningens svigt.

Med dette system sagde SAS, at biavlere vil have en dybere forståelse af deres bistader uden at skulle udføre tidskrævende og forstyrrende manuelle inspektioner.

"Som biavler selv kender jeg omfanget af biers indvirkning på vores økosystem, og jeg er inspireret til at finde innovative måder at opdrætte sundere bier på til gavn for os alle," sagde Anya McGuirk, Distinguished Research Statistician Developer i IoT-divisionen på SAS.

Forskerne sagde, at de planlægger at implementere det akustiske streamingsystem meget snart og fortsætter med at lede efter måder at udvide brugen af teknologi til at hjælpe honningbier - og i sidste ende menneskeheden.

VISUALISERING AF VERDENS BESTØVERBEFOLKNINGER

SAS lancerer også en datavisualisering, der kortlægger bier "talt" rundt om i verden for Verdens bitælling, et initiativ, der er medstiftet af Center for Analytics Research and Education (CARE) ved Appalachian State University.

Målet: at engagere borgere over hele verden til at tage billeder af bier som et første skridt mod at forstå årsagerne til deres alarmerende tilbagegang, siger SAS.

"World Bee Count giver os mulighed for at crowdsource bidata for både at visualisere vores planets bibestand og skabe et af de største, mest informative datasæt om bier til dato," sagde Joseph Cazier, professor og administrerende direktør ved Appalachian State University's CARE, i en erklæring.

I begyndelsen af maj blev appen World Bee Count lanceret til brugere – både biavlere og den brede offentlighed, også kaldet "borgerdataforskere" – for at tilføje datapunkter til Global Pollinator Map. I appen kan biavlere indtaste antallet af bistader, de har, og enhver bruger kan indsende billeder af bestøvere fra deres kamerarulle eller gennem kameraet i appen. Gennem SAS Visual Analytics har SAS skabt et visualiseringskort at vise de billeder, som brugerne indsender via app'en - som, ifølge den, potentielt kan give indsigt i de forhold, der fører til de sundeste bipopulationer.

I fremtidige faser af dette projekt, sagde SAS, kunne det robuste datasæt, der blev oprettet fra appen, hjælpe grupper som universiteter og forskningsinstitutter med bedre strategier for at redde disse vitale væsner.

ANVENDELSE AF MASKINEN LÆR AT MAKSIMERE BIERS ADGANG TIL FØDEVARER

Som repræsentant for Norden vandt et hold fra Amesto NextBridge 2020 SAS EMEA Hackathon, som udfordrede deltagerne til at forbedre bæredygtighed ved hjælp af SAS Viya. Deres vinderprojekt brugte maskinlæring til at maksimere biers adgang til mad, hvilket igen ville gavne menneskehedens fødevareforsyning.

I samarbejde med Beefutures, udviklede holdet et system, der er i stand til automatisk at detektere, afkode og kortlægge bi-"waggle"-danse ved hjælp af Beefutures' observationsbistader og SAS Viya.

"At observere alle disse danse manuelt er praktisk talt umuligt, men ved at bruge videooptagelser inde fra bistaderne og træne maskinlæringsalgoritmer til at afkode dansen, vil vi være i stand til bedre at forstå, hvor bier finder mad," sagde Kjetil Kalager, leder af holdet Amesto NextBridge og Beefutures. "Vi implementerede disse oplysninger sammen med bikubekoordinater, solvinkel, tidspunkt på dagen og landbrug omkring bistaderne i et interaktivt kort i SAS Viya, og så kan biavlere nemt afkode denne bikubeinformation og flytte til bedre egnede miljøer, hvis det er nødvendigt."

SAS sagde, at denne systematiske realtidsovervågning af waggle-dans tillader bier at fungere som sensorer for deres økosystemer. Det kan også afsløre andre oplysninger, som bier kommunikerer gennem dans, som kan hjælpe os med at redde og beskytte deres befolkning.

Original artikelkilde: WRAL TechWire