Le monde que nous connaissons est construit sur un réseau complexe de connexions. Chaque écosystème, communauté et habitat dépend d'un réseau en constante évolution de relations qui peuvent être difficiles à voir, même avec les meilleures données disponibles.
Les cartes ont toujours été un outil essentiel pour comprendre ce monde. Les cartes de biodiversité peuvent montrer où des espèces menacées ont été observées. Les modèles prédictifs d'habitat peuvent estimer où les espèces sont susceptibles de se trouver à l'avenir en fonction des conditions environnementales. Ces produits jouent un rôle crucial dans la planification de la conservation et la recherche scientifique.
Mais les écosystèmes sont plus qu'une collection d'espèces individuelles occupant le même espace.
Un pollinisateur dépend des plantes à fleurs. Un oiseau dépend des insectes et de l'habitat de nidification. Un champignon peut soutenir la santé d'une forêt entière grâce à des relations souterraines invisibles. Ces interactions créent le tissu écologique qui soutient la vie. Lorsqu'un fil est retiré, les effets peuvent se propager bien au-delà d'une seule espèce.
Lorsque vous regardez une carte de la flore et de la faune locales, pouvez-vous immédiatement voir ces dépendances ? Pouvez-vous visualiser la chaîne de relations reliant un pollinisateur vulnérable à une plante à fleurs, ou un oiseau en danger à l'habitat dont il dépend ?
Cette question est devenue l'inspiration pour Extinction Explorer.
Extinction Explorer combine un ArcGIS Knowledge Graph, un réseau trophique 3D, et une carte 3D des observations d'espèces pour rendre visibles les relations écologiques. L'application permet aux utilisateurs d'explorer à la fois où les espèces existent et comment elles sont connectées, transformant une collection d'observations en un réseau vivant pouvant être exploré de manière interactive.
Construction du Graphe
Au cœur de l'application se trouve un ArcGIS Knowledge Graph construit à partir de données d'observations écologiques et de relations entre espèces.
Le graphe se compose de trois entités principales :
- Espèces: plantes, animaux, champignons et autres organismes observés dans la région d'étude.
- Observations: enregistrements individuels d'observations contenant des informations sur le lieu et le temps.
- Documents: enregistrements sources qui capturent l'origine des données d'observation.
Les relations entre espèces sont incroyablement complexes et en constante évolution. Heureusement, des initiatives telles queGlobal Biotic Interactions (GloBI)agrègent des données d'interactions écologiques issues de la littérature scientifique et des communautés de recherche en biodiversité, aidant à révéler comment les espèces interagissent à travers les écosystèmes.
Pour ce projet, ces interactions ont été normalisées en huit types principaux de relations : PREDATES, POLLINATES, HOST_OF, PARASITIZES, NESTS_IN, SYMBIOTIC_WITH, ASSOCIATED_WITH, CO_OCCURS_WITH
Ensemble, ces relations forment un réseau qui peut être interrogé, analysé et visualisé dans ArcGIS Knowledge Graph.
Pourquoi ArcGIS Knowledge Graph ?
Les applications traditionnelles de biodiversité sont souvent construites autour de couches, tables et jointures. Elles excellent à répondre à des questions telles que :
- Où cette espèce se trouve-t-elle ?
- Combien d'observations existent ?
- Quel est son statut de conservation ?
Cependant, répondre aux questions sur les relations devient rapidement difficile.
- Quels pollinisateurs soutiennent cette plante ?
- Quels prédateurs dépendent de cette espèce ?
- Quels autres organismes sont affectés si une espèce disparaît ?
ArcGIS Knowledge Graph offre un cadre naturel pour modéliser ces questions.
Dans Extinction Explorer, les espèces deviennent des entités et les interactions écologiques deviennent des relations explicites. En utilisant des requêtes openCypher, l'application commence avec des espèces classées comme Critically Endangered, Endangered, ou Vulnerable, puis s'étend vers l'extérieur à travers un, deux ou trois niveaux de connexions écologiques.
Ces mêmes requêtes du graphe récupèrent également les enregistrements d'observation associés, permettant à un seul modèle de données d'alimenter à la fois la visualisation du réseau et la carte.
Au niveau des trois sauts, le graphe de la San Bernardino National Forest contient environ 3 000 espèces, 8 000 relations écologiques et des dizaines de milliers d'observations.
Deux vues, un écosystème
L'application présente le même écosystème à travers deux vues synchronisées.
La vue Carte affiche des milliers d'observations collectées via des initiatives de science participative telles que iNaturalist et d'autres ensembles de données publiques sur la biodiversité provenant de GBIF. Les observations sont rendues sous forme d'épingles 3D dans une SceneView ArcGIS, permettant aux utilisateurs d'explorer la distribution des espèces sur le terrain de la San Bernardino National Forest.
La vue Réseau visualise ces mêmes espèces sous forme d'un graphe dirigé par force 3D.
Les espèces deviennent des nœuds.
Les relations deviennent des connexions.
Ce qui était autrefois une collection de points est transformé en un réseau vivant d'interactions écologiques.
Parce que les deux vues sont alimentées par le même ArcGIS Knowledge Graph, elles restent synchronisées. Sélectionner une espèce dans une vue la met immédiatement en évidence dans l'autre.
Plutôt que de passer d'une application séparée à une autre, les utilisateurs peuvent naviguer sans interruption entre géographie et relations.
Rendre visible le changement écologique
La partie la plus captivante d'Extinction Explorer commence lorsqu'un utilisateur sélectionne une espèce.
Chaque sélection peut être traitée comme un événement d'extinction.
Lorsqu'une espèce est retirée du réseau, Extinction Explorer calcule comment cette perte affecte les espèces voisines et visualise les conséquences dans les deux vues.
L'application enregistre ces impacts dans un Extinction Log, documentant :
- Relations écologiques rompues
- Espèces nouvellement isolées
- Effets en cascade dans tout le réseau
Les espèces affectées par l'événement sont mises en évidence avec des couleurs distinctes, permettant aux utilisateurs de voir la perturbation se propager dans l'écosystème.
À mesure que plus d'événements d'extinction se produisent, les effets ondulatoires deviennent visibles à travers le réseau et le paysage.
Cette expérience aide à combler le fossé entre théorie écologique et compréhension intuitive.
Au lieu de lire sur les impacts écologiques en cascade, les utilisateurs peuvent les voir se dérouler.
Tout aussi important, chaque action peut être inversée. Les espèces peuvent être restaurées et les connexions écologiques reconstruites, permettant aux utilisateurs d'explorer à la fois la perturbation et la récupération.
Sous le capot
D'un point de vue technique, Extinction Explorer a été conçu comme une application web légère axée sur l'expérimentation rapide.
L'expérience cartographique est alimentée par le ArcGIS Maps SDK for JavaScript, utilisant une SceneView' pour rendre des milliers d'observations sous forme d'épingles 3D sur le terrain. Le statut des observations est géré via un rendu piloté par un champ 'alertStatus' , permettant aux cascades d'extinction de mettre à jour uniquement les entités affectées au lieu de reconstruire toutes les couches.
3d-force-graph, three.js, and d3-force-3d, creating an interactive 3D representation of the ecosystem. Threatened species are symbolized using IUCN-inspired colors, while broader taxonomic groups are assigned their own category palettes.
Behind both visualizations sits an ArcGIS Knowledge Graph queried through openCypher.
[ExtinctionExplorer] openCypher (seeds):
MATCH (s:Species)
WHERE toUpper(s.iucn_status) STARTS WITH 'CR'
OR toUpper(s.iucn_status) STARTS WITH 'EN'
OR toUpper(s.iucn_status) STARTS WITH 'VU'
RETURN collect(DISTINCT s) AS nodes
The application dynamically expands through ecological relationships, retrieves observation records, and constructs the connected network displayed in both views.
One of the more interesting design decisions was keeping the architecture intentionally simple. The application runs entirely as a client-side experience using modern ES modules and the ArcGIS Maps SDK's module-loading capabilities.
Connecting GIS and Relationships
The San Bernardino National Forest serves as the prototype dataset, but the underlying pattern is much broader.
Any ArcGIS Knowledge Graph that models entities, relationships, and observations could support a similar experience. Whether the subject is biodiversity, infrastructure, supply chains, emergency management, or utilities, the combination of spatial context and graph relationships opens the door to new ways of exploring complex systems.
Traditional GIS helps answer where things happen.
Knowledge graphs help answer how things are connected.
Extinction Explorer explores what happens when those two perspectives come together. By linking a map of real-world observations with a dynamic network of ecological relationships, the prototype transforms a collection of points into a living system that users can interact with, question, and explore.
Try the demo: Extinction Explorer
