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Contenu en un coup d'œil :Ces dernières années, la situation du changement climatique mondial est devenue grave et l’effet papillon qui en résulte affecte profondément l’humanité et la nature. Dans ce contexte, la collecte de données sur les schémas de floraison sur des centaines, voire des milliers de kilomètres, pour comprendre comment le changement climatique affecte les plantes à fleurs est devenue l’un des sujets importants de la recherche écologique ces dernières années. Cependant, les méthodes traditionnelles coûtent généralement beaucoup d’argent et prennent beaucoup de temps pour mener des enquêtes par échantillonnage, et le soutien logistique est également confronté à de nombreuses difficultés. La recherche, récemment publiée dans la revue Flora, non seulement surmonte ces problèmes, mais révèle également des détails sans précédent.

Mots-clés:analyse spatiotemporelle, écologie intelligente, données SNS

Cet article a été publié pour la première fois sur la plateforme publique HyperAI WeChat~

En tant que fleur nationale du Japon, la fleur de cerisier joue un rôle important dans la culture Yamato. La contemplation des fleurs (Hanami), en tant que coutume populaire unique, a une histoire de plusieurs centaines d'années.Cependant, le Japon s'étend sur environ 20 degrés de latitude et peut être divisé en 6 zones climatiques, avec des différences climatiques distinctes.Par conséquent, la période de floraison des cerisiers varie. Pendant la saison des cerisiers en fleurs, les sites Web de voyage japonais afficheront également en détail les conditions de floraison dans divers endroits afin que les touristes puissent organiser leur temps pour profiter des fleurs. Ces dernières années, sous l'effet du changement climatique, la période de floraison des cerisiers au Japon a été continuellement avancée.

Afin d'explorer le modèle de floraison des cerisiers au Japon et de comprendre l'impact du changement climatique sur la phénologie, une équipe de recherche de l'Université Monash en Australie a utilisé l'API Python et l'API de vision par ordinateur pour surveiller la floraison des cerisiers au Japon grâce aux données des sites de réseaux sociaux (SNS), et a comparé et vérifié les résultats expérimentaux avec la situation réelle.La recherche a été publiée dans la revue Flora sous le titre « La signature spatiotemporelle de la floraison des cerisiers à travers le Japon révélée via l’analyse des images des sites de réseaux sociaux ».

Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue Flora

Adresse du document :

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0367253023001019

Processus expérimental : exploration, filtrage et analyse des ensembles de données

Ensemble de données

Le processus de collecte de données sur l’ouverture des fleurs de cerisier dans cette expérience peut être divisé en deux étapes :

1. Extraction de données d'image à partir de sites de réseaux sociaux, comprenant plusieurs étapes séquentielles différentes

2. Utilisez l'API de vision par ordinateur et la vérification manuelle pour filtrer les données en fonction de leur pertinence

Considérant que l’API doit filtrer le temps, l’espace et le texte en même temps, les chercheurs ont choisi Flickr comme source de données.Tout d’abord, nous utilisons le client API Python pour collecter des images pertinentes avec des coordonnées géographiques sur Flickr en recherchant le mot-clé « fleur de cerisier ».

Ensuite, définissez le cadre de délimitation sur 31,186°N-46,178°N, 129,173°E-145,859°E.Pour garantir que les photos ont été prises au Japon.La période retenue est celle de 2008 à 2018 afin d’exclure l’impact du déclin du tourisme mondial causé par la COVID-19 sur les données.

Les chercheurs ont ensuite filtré les données en les masquant avec les limites géographiques du Japon obtenues sur gadm.org.Finalement, 80 915 images ont été obtenues.

1 janvier 2008 - 31 décembre 2018

Recherchez sur Flickr des images de « fleurs de cerisier » situées au Japon

Janvier et février (bleu)Cela signifie la première floraison des cerisiers avant l'arrivée du printemps ;

Mars-mai (vert)représente la concentration de données photographiques documentant la principale période de floraison des cerisiers au printemps ;

Octobre-décembre (rose)Cela montre un phénomène intéressant qui culmine à l’automne, en particulier en novembre.

Bien que les images Flickr soient restreintes par le mot-clé de recherche « fleur de cerisier », le contenu SNS peut toujours être associé de manière incorrecte au terme de recherche, nécessitant ainsi une vérification.

À cet égard,Les chercheurs ont soumis toutes les images à Google Cloud Vision AI.L'API génère des étiquettes de texte descriptives pour chaque image en fonction de son contenu visuel, vérifiant automatiquement la pertinence des points de données individuels.

Google Cloud Vision AI utilise des modèles d’apprentissage automatique pré-entraînés pour attribuer des étiquettes aux images dans des catégories prédéfinies. De plus, les chercheurs ont effectué une vérification manuelle supplémentaire des données de l’échantillon, comme indiqué dans le tableau suivant :

Tableau 1 : Données d'image à chaque étape dans l'ensemble de données filtré de Tokyo

Colonne B :La recherche de « fleur de cerisier » sur Flickr renvoie 28 875 images dont les coordonnées géographiques se situent toutes dans la zone administrative de la région de Tokyo.

Colonne C :Les étiquettes de texte et leurs fréquences relatives renvoyées par l'API Computer Vision pour cet ensemble de données. Parmi les images renvoyées par le filtre d'étiquettes de texte, 21 908 ont été étiquetées « fleur de cerisier » par l'API Computer Vision, mais comme certaines images étaient également étiquetées « automne » ou « érable », elles ont été supprimées, ce qui a donné 21 633 images.

Colonne D :Les images de résultats sont sélectionnées au hasard comme échantillons pour une inspection manuelle

Colonne E :Nombre d'images confirmées comme étant des fleurs de cerisier par inspection manuelle

Colonne F :Précision estimée des méthodes de traitement automatique (vision par ordinateur et analyse d'étiquettes) par mois, calculée comme E/D

Colonne G :En utilisant cette précision, calculez le nombre total de photos de cerisiers en fleurs prises en février, mars et avril. La méthode de calcul est C*F

Méthodologie d'évaluation

Pour estimer la date de floraison des cerisiers en fleurs, les chercheurs ont généré une série chronologique de jours pour toutes les images de l'ensemble de données, puisL'indicateur de moyenne mobile triangulaire de largeur sur 7 jours est utilisé pour le traitement. Le point central reçoit un poids unitaire et les points des deux côtés reçoivent un poids de 0,75., les points les plus proches se voient attribuer des poids de 0,5 et 0,25 respectivement, afin de lisser les fluctuations de l'activité photographique causées par le nombre différent de personnes observant les fleurs le week-end (temps libre, lorsque les activités photographiques augmentent considérablement) et les jours de semaine.

Le graphique résultant montre un pic d’activité photographique, qui a été identifié comme le pic de floraison des cerisiers en fleurs (mankai).

Vérification comparative : les résultats prévus sont cohérents avec les données réelles

Les premières traces de fleurs de cerisier au Japon remontent à 812 après J.-C., et des observations officielles ont été enregistrées depuis 1953. Pour valider l'approche analytique de l'équipe,L'équipe expérimentale a sélectionné des données provenant de deux villes populaires pour l'observation des cerisiers en fleurs, Tokyo et Kyoto, et les a comparées aux dates de pleine floraison des cerisiers annoncées chaque année par la Japan Meteorological Corporation (JMC) et l'Organisation nationale du tourisme du Japon (JNTO), et a calculé l'erreur entre la date de pointe obtenue dans l'expérience et la date officielle..

Au travers d'expériences,L'équipe de recherche a obtenu des données spatio-temporelles visuelles sur les fleurs de cerisier en fleurs à travers le JaponDe fin janvier (semaines 3-4) à fin mai (semaines 3-4), les cerisiers en fleurs fleurissent d'abord dans les régions au climat chaud du sud, avancent progressivement vers le nord, et se retirent finalement du sud vers le nord. Comme le montre la figure :

Figure 2 : Lieux de photographie de cerisiers en fleurs au Japon de 2008 à 2018,

La période de chaque graphique correspond à deux semaines.

CA:Les fleurs de cerisier sont visibles dans les régions les plus chaudes du sud du Japon, avec une forte concentration de fleurs de cerisier dans les centres urbains de Tokyo et de Kyoto sur l'île de Honshu.

DF:Le nombre de cerisiers en fleurs a augmenté et s'étend jusqu'à la partie nord de l'île de Honshu.

GI:La zone de floraison des cerisiers s'est étendue vers le nord, apparaissant à Sapporo, Hokkaido. La photographie est toujours active à Tokyo et à Kyoto. La photographie des cerisiers en fleurs est davantage concentrée à Hokkaido et dans le nord de Honshu. Finalement, le nombre de photos de cerisiers en fleurs à travers le pays a progressivement diminué, reculant du sud vers le nord.

L'équipe expérimentale a comparé et vérifié les valeurs maximales des séries chronologiques traitées des jours de photographie d'événements de fleurs de cerisier dans les régions de Tokyo et de Kyoto avec les dates annoncées par JMC/JNTO.Les résultats montrent que l’erreur RMS est de 3,21 jours dans la région de Tokyo et de 3,32 jours dans la région de Kyoto.Comme indiqué ci-dessous :

Figure 3 : Comparaison des dates des deux évaluations dans la région de Tokyo

Colonne de gauche : Les dates de pointe des cerisiers en fleurs à Tokyo estimées par cette méthode expérimentale au fil des ans

Colonne du milieu : Rapports annuels du JNTO sur les dates de pointe des cerisiers en fleurs de Tokyo

Colonne de droite : Erreur, c'est-à-dire la différence en jours entre les deux

Figure 4 : Comparaison des dates des deux évaluations dans la région de Kyoto

Colonne de gauche : Les dates de pointe des fleurs de cerisier à Kyoto estimées par cette méthode expérimentale

Colonne du milieu : Rapports annuels du JNTO sur les dates de pointe des cerisiers en fleurs à Kyoto

Colonne de droite : Erreur, c'est-à-dire la différence en jours entre les deux

Les données de l’équipe expérimentale ont également révélé que les fleurs de cerisier fleurissent en automne. Cela n’est pas officiellement indiqué dans les données publiées par le JNTO.Cela montre que les données SNS ont la capacité d’analyser des événements à faible probabilité et de révéler des phénomènes phénologiques anormaux.Ceci est extrêmement important pour évaluer la disponibilité des ressources aromatiques telles que le pollen et le nectar tout au long de l’année ou même dans des circonstances inattendues, comme des périodes d’ouverture hors saison.

Données SNS : fournir de nouvelles perspectives pour la recherche écologique

Un article publié par l'Organisation météorologique mondiale en avril de cette année a montré que la température moyenne mondiale en 2022 était de 1,15 °C supérieure à la valeur moyenne de 1850 à 1900. Les humains sont relativement lents à percevoir le changement climatique, mais les plantes y sont particulièrement sensibles.Sous l’influence du réchauffement climatique, non seulement les fleurs de cerisier japonais, mais aussi les plantes à fleurs de nombreuses régions de mon pays ont été affectées.

Selon les données d'observation des fleurs de cerisier de l'Université de Wuhan, la période de floraison des cerisiers à l'Université de Wuhan a considérablement avancé depuis les années 1960 et continue de battre des records depuis 2000, passant à un moment donné de fin mars à fin février.

Avant les années 1990, la période de floraison des pivoines à Heze, dans le Shandong, était principalement concentrée fin avril. Vers 2010, elle a été avancée à la mi-avril. Ces dernières années, on peut observer les fleurs fleurir début avril.

La période de floraison du colza a également montré une tendance significative à l’avancée. Les fleurs de colza à Wuyuan, dans la province du Jiangxi, ont commencé à fleurir le 22 février de cette année et sont entrées dans la période de floraison maximale le 13 mars. Il y a trente ans, les fleurs de colza fleurissaient généralement à la mi-mars.

Un rapport publié par Kepios montre qu'en avril 2023, le nombre d'utilisateurs de médias sociaux dans le monde a atteint 4,8 milliards, soit 59,91 % de la population mondiale totale. En moyenne, chaque personne passe 2 heures et 24 minutes par jour à utiliser les applications de médias sociaux.La génération de quantités massives de données sur les réseaux sociaux devrait apporter de nouvelles perspectives à la recherche écologique.

La technologie d’analyse SNS proposée par les auteurs dans cet article peut combler les parties manquantes des données publiques, aider les chercheurs à comprendre les différents degrés d’impact du changement climatique sur les plantes à fleurs et a une signification positive pour comprendre le comportement des pollinisateurs importants tels que les abeilles et les insectes.

Articles de référence :

[1]https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168192320303117

[2]https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-4-431-66899-2_8

[3]http://sh.cma.gov.cn/sh/qxkp/qhbh/zhykp/202304/t20230425_5464832.html

[4]https://datareportal.com/social-media-users