De wereld die we kennen is gebouwd op een ingewikkeld web van verbindingen. Elk ecosysteem, elke gemeenschap en habitat is afhankelijk van een voortdurend veranderend netwerk van relaties die moeilijk te zien zijn, zelfs met de beste beschikbare gegevens.
Kaarten zijn altijd een essentieel hulpmiddel geweest om die wereld te begrijpen. Biodiversiteitskaarten kunnen laten zien waar bedreigde soorten zijn waargenomen. Voorspellende habitatmodellen kunnen inschatten waar soorten waarschijnlijk in de toekomst zullen voorkomen op basis van omgevingsomstandigheden. Deze producten spelen een cruciale rol in natuurbehoudsplanning en wetenschappelijk onderzoek.
Maar ecosystemen zijn meer dan een verzameling individuele soorten die dezelfde ruimte bezetten.
Een bestuiver is afhankelijk van bloeiende planten. Een vogel is afhankelijk van insecten en nesthabitat. Een schimmel kan de gezondheid van een heel bos ondersteunen via onzichtbare ondergrondse relaties. Deze interacties creëren het ecologische weefsel dat het leven in stand houdt. Wanneer één draad wordt verwijderd, kunnen de effecten zich ver buiten één enkele soort verspreiden.
Als je naar een kaart van lokale flora en fauna kijkt, kun je die afhankelijkheden dan meteen zien? Kun je de keten van relaties visualiseren die een kwetsbare bestuiver verbindt met een bloeiende plant, of een bedreigde vogel met het habitat waarop hij vertrouwt?
Die vraag werd de inspiratie voor Extinction Explorer.
Extinction Explorer combineert een ArcGIS Knowledge Graph, een 3D voedselweb, en een 3D kaart van soortwaarnemingen om ecologische relaties zichtbaar te maken. De applicatie stelt gebruikers in staat zowel te verkennen waar soorten voorkomen als hoe ze verbonden zijn, waardoor een verzameling waarnemingen wordt getransformeerd in een levend netwerk dat interactief kan worden verkend.
Het bouwen van de Graph
In de kern van de applicatie staat een ArcGIS Knowledge Graph die is opgebouwd uit ecologische observatie- en soortrelatiedata.
De graph bestaat uit drie primaire entiteiten:
- Soorten: planten, dieren, schimmels en andere organismen die binnen het studiegebied zijn waargenomen.
- Waarnemingen: individuele waarnemingsrecords met locatie- en tijdsinformatie.
- Documenten: bronrecords die vastleggen waar de waarnemingsdata vandaan komen.
Soortrelaties zijn ongelooflijk complex en voortdurend in ontwikkeling. Gelukkig verzamelen initiatieven zoalsGlobal Biotic Interactions (GloBI)ecologische interactiedata uit wetenschappelijke literatuur en biodiversiteitsonderzoeksgemeenschappen, wat helpt onthullen hoe soorten over ecosystemen heen met elkaar omgaan.
Voor dit project werden die interacties genormaliseerd in acht primaire relatie-types: PREDATES, POLLINATES, HOST_OF, PARASITIZES, NESTS_IN, SYMBIOTIC_WITH, ASSOCIATED_WITH, CO_OCCURS_WITH
Samen vormen deze relaties een netwerk dat kan worden bevraagd, geanalyseerd en gevisualiseerd binnen ArcGIS Knowledge Graph.
Waarom ArcGIS Knowledge Graph?
Traditionele biodiversiteitsapplicaties zijn vaak opgebouwd rond lagen, tabellen en joins. Ze excelleren in het beantwoorden van vragen zoals:
- Waar komt deze soort voor?
- Hoeveel waarnemingen bestaan er?
- Wat is de beschermingsstatus?
Het beantwoorden van vragen over relaties wordt echter snel moeilijk.
- Welke bestuivers ondersteunen deze plant?
- Welke roofdieren zijn afhankelijk van deze soort?
- Welke andere organismen worden beïnvloed als een soort verdwijnt?
ArcGIS Knowledge Graph biedt een natuurlijk kader voor het modelleren van die vragen.
In Extinction Explorer worden soorten entiteiten en ecologische interacties expliciete relaties. Met openCypher-query's begint de applicatie met soorten geclassificeerd als Critically Endangered, Endangered, of Vulnerable, en breidt vervolgens uit via één, twee of drie niveaus van ecologische verbindingen.
Diezelfde graph-query's halen ook bijbehorende waarnemingsrecords op, waardoor één datamodel zowel de netwerkinvisualisatie als de kaart aandrijft.
Op het drie-hop niveau bevat de San Bernardino National Forest graph ongeveer 3.000 soorten, 8.000 ecologische relaties en tienduizenden waarnemingen.
Twee Weergaven, Eén Ecosysteem
De applicatie presenteert hetzelfde ecosysteem via twee gesynchroniseerde weergaven.
De Kaart-weergave toont duizenden waarnemingen verzameld via community science-initiatieven zoals iNaturalist en andere openbaar beschikbare biodiversiteitsdatasets van GBIF. Waarnemingen worden weergegeven als 3D-pushpins binnen een ArcGIS SceneView, waarmee gebruikers soortverspreidingen over het terrein van het San Bernardino National Forest kunnen verkennen.
De Netwerk-weergave visualiseert dezelfde soorten als een 3D force-directed graph.
Soorten worden knooppunten.
Relaties worden verbindingen.
Wat ooit een verzameling punten was, wordt getransformeerd tot een levend netwerk van ecologische interacties.
Omdat beide weergaven worden aangedreven door dezelfde ArcGIS Knowledge Graph blijven ze gesynchroniseerd. Het selecteren van een soort in de ene weergave markeert deze onmiddellijk in de andere.
In plaats van te schakelen tussen aparte applicaties kunnen gebruikers naadloos bewegen tussen geografie en relaties.
Ecologische Verandering Zichtbaar Maken
Het meest boeiende deel van Extinction Explorer begint wanneer een gebruiker een soort selecteert.
Elke selectie kan worden behandeld als een uitstervingsgebeurtenis.
Wanneer een soort uit het netwerk wordt verwijderd, berekent Extinction Explorer hoe dat verlies naburige soorten beïnvloedt en visualiseert het de gevolgen in beide weergaven.
De applicatie registreert deze impacten in een Extinction Log, waarin wordt gedocumenteerd:
- Verbroken ecologische relaties
- Nieuw geïsoleerde soorten
- Cascaderende effecten door het hele netwerk
Soorten die door het evenement worden beïnvloed, worden gemarkeerd met verschillende kleuren, zodat gebruikers kunnen zien hoe verstoring zich door het ecosysteem verspreidt.
Naarmate meer uitstervingsgebeurtenissen plaatsvinden, worden rimpel-effecten zichtbaar in zowel het netwerk als het landschap.
Deze ervaring helpt de kloof te overbruggen tussen ecologische theorie en intuïtief begrip.
In plaats van te lezen over cascaderende ecologische effecten kunnen gebruikers ze zien ontvouwen.
Even belangrijk is dat elke actie ongedaan kan worden gemaakt. Soorten kunnen worden hersteld en ecologische verbindingen opnieuw worden opgebouwd, waardoor gebruikers zowel verstoring als herstel kunnen verkennen.
Technische Achtergrond
Vanuit technisch oogpunt is Extinction Explorer ontworpen als een lichte webapplicatie gericht op snelle experimentatie.
De mapping-ervaring wordt aangedreven door de ArcGIS Maps SDK for JavaScript, waarbij gebruik wordt gemaakt van een SceneView' om duizenden waarnemingen als 3D-pushpins over terrein weer te geven. De status van waarnemingen wordt beheerd via een renderer die wordt aangestuurd door een 'alertStatus' field, allowing extinction cascades to update only affected features instead of rebuilding entire layers.
The network visualization is built with 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
