The cheetah (Acinonyx jubatus) is an iconic, endangered species, but conservation efforts are challenged by habitat shrinkage and conflict with commercial farmers. The footprint identification technique, a robust, accurate and cost-effective image classification system, is a new approach to monitoring cheetahs.
The cheetah (Acinonyx jubatus) is Africa’s most endangered large felid and listed as Vulnerable with a declining population trend by the IUCN1. It ranges widely over sub-Saharan Africa and in parts of the Middle East. Cheetah conservationists face two major challenges, conflict with landowners over the killing of domestic livestock, and concern over range contraction. Understanding of the latter remains particularly poor2. Namibia is believed to support the largest number of cheetahs of any range country, around 30%, but estimates range from 2,9053 to 13,5204. The disparity is likely a result of the different techniques used in monitoring.
Current techniques, including invasive tagging with VHF or satellite/GPS collars, can be costly and unreliable. The footprint identification technique5 is a new tool accessible to both field scientists and also citizens with smartphones, who could potentially augment data collection. The footprint identification technique analyzes digital images of footprints captured according to a standardized protocol. Images are optimized and measured in data visualization software. Measurements of distances, angles, and areas of the footprint images are analyzed using a robust cross-validated pairwise discriminant analysis based on a customized model. The final output is in the form of a Ward’s cluster dendrogram. A user-friendly graphic user interface (GUI) allows the user immediate access and clear interpretation of classification results.
The footprint identification technique algorithms are species specific because each species has a unique anatomy. The technique runs in a data visualization software, using its own scripting language (jsl) that can be customized for the footprint anatomy of any species. An initial classification algorithm is built from a training database of footprints from that species, collected from individuals of known identity. An algorithm derived from a cheetah of known identity is then able to classify free-ranging cheetahs of unknown identity. The footprint identification technique predicts individual cheetah identity with an accuracy of >90%.
Il ghepardo (Acinonyx jubatus) è felid più a rischio in Africa, e considerata come vulnerabile con un trend popolazione in declino dalla Lista Rossa IUCN delle specie minacciate 1. La popolazione ghepardo globale è stimato tra gli individui 7-10,000 1 e la Namibia è riconosciuto come il più grande roccaforte del ghepardo senza respiro, con forse più di un terzo della popolazione mondiale 4,6,7. stime della popolazione per l'Africa del Sud nel 2007 inseriti popolazione della Namibia ghepardo a 2.000 con la prossima più vicino campo di stato Botswana con 1.800, seguita da Sud Africa (550), Zimbabwe (400), Zambia (100), Mozambico (<5). Diversi stati erano non sottoposte a valutazione 7.
Le autorità della Namibia hanno una visione chiaramente affermato di "Sicuro, popolazioni ghepardo vitali in una vasta gamma di ecosistemi che convivono con successo con, e sono valutati, il popolo della Namibia." Tuttavia, il bestiamee l'agricoltura gioco sono terreno principale utilizza in Namibia 8,9 e proprietari terrieri regolarmente trappola e uccidere ghepardo sulle loro proprietà, nel tentativo di ridurre la predazione del bestiame o di animali selvatici di valore. Più di 1.200 ghepardi sono stati rimossi 1991-2006, ma sono stati registrati non tutte queste "derivazioni" 10. Inoltre, vi è un dibattito sull'opportunità o meno questa è una soluzione efficace al conflitto contadino-ghepardo. La rimozione degli animali percepiti come causa di conflitto, di uccidere o traslocazione può essere meno efficace di mitigazione dei conflitti con altri mezzi, come ad esempio una migliore protezione del bestiame 11. Tariffe pubblicate di sopravvivenza per 12 mesi post-traslocazione hanno spaziato dal 18% 11-40% 12.
La raccolta di dati affidabili sul numero, l'identità e la distribuzione di ghepardo in Namibia è la chiave per affrontare situazioni di conflitto uomo-ghepardo. ghepardo attuali tecniche di monitoraggio vanno da questionari mirati dalla Namibian Ministero dell'Ambiente e del Turismo agli stakeholder 4 alle osservazioni opportunistici da parte dei turisti e di governo riporta 4, per l'uso di telecamere trappole 13, GPS o collari VHF 10,14, indagini contadino intervista 8, e anche modello punto 15. Tuttavia, confronto l'efficacia di queste tecniche senza un benchmark o la quantificazione di sforzo di indagine comune è difficile. Ognuno ha dei limiti; collari satellitari GPS e VHF sono costosi e spesso inaffidabili, questionari mirati hanno limitato la portata, e di telecamere-trappole hanno limitato range.
Le stime prodotte da questi diversi metodi variano ampiamente. Marker et al. 10 hanno evidenziato la necessità di un approccio più coordinato. Una varietà di metodi sono stati utilizzati sui terreni agricoli per stimare la densità di popolazione ghepardo, e questi hanno prodotto una serie di stime. Per esempio, uno studio radio-telemetria stimato 2,5 (± 0,73) Cheetahs / 1.000 km <sup> 2 mentre uno studio fotocamera trappola stimata 4.1 (± 0.4) ghepardi / 1,000 km 2 (al. Marker et 2007). Questa variazione evidenzia il problema di usare diversi metodi per stimare la densità, ma finora nessuna singola efficace, la tecnica, ripetibile è stato identificato che potrebbe essere utilizzato in tutta la vasta gamma di habitat che occupano ghepardi in Namibia. Questo rimane un problema per il monitoraggio ghepardo efficace e la conservazione.
Questa sfida ha suscitato lo sviluppo di un robusto strumento, conveniente e flessibile per il monitoraggio del ghepardo. La tecnica di identificazione impronta è stato sviluppato per il rinoceronte nero 16 e successivamente adattato per una vasta gamma di specie tra cui White Rhino 17, Amur Tiger 18, leone di montagna 19, e altri.
Diversi studi hanno indicato che è possibile utilizzare le impronte per identificare i grandi carnivori per specie, gli individui, e il sesso. Il processosi è evoluto da semplice descrizione forma delle impronte 20 per un confronto tra le misure 21, per l'analisi statistica di una o più misure 16,17,22-30 e modellare l'analisi di 31 sforzi .Questi hanno avuto successo variabile, in funzione soprattutto il rigore della raccolta dei dati e processi analitici, e il numero di animali di prova utilizzati per sviluppare i set di dati di addestramento. Ci sono diversi vantaggi pratici dell'utilizzo impronte. La prima è che le immagini possono essere raccolti insieme con altri metodi non invasivi (ad esempio, la macchina fotografica-trapping, la raccolta di DNA da capelli / feci, ecc) con il minimo sforzo extra o costo. In secondo luogo, le impronte sono, dove i permessi di substrato, il segno più diffuso di attività degli animali.
La tecnica di identificazione impronta è la prima tecnica di identificazione impronta robusto descritto per ghepardo ed è applicabile in qualsiasi luogo in cui si trovano le impronte. Impronte devono essere sufficiente definite che le dita e il tallone della stampa può essere visto chiaramente con l'occhio nudo. operatori del settore devono acquisire familiarità con l'anatomia di base del piede ghepardo ed essere in grado di identificare le stampe nella zona di interesse, e li distinguono dalle stampe di eventuali altri grandi carnivori simpatrici. La tecnica può essere usata come tecnica censimento (ad esempio, quante ghepardi sono rappresentati dalle impronte raccolte?) O come strumento per monitorare individui specifici. Tracce possono essere utilizzati anche come "marchi" nelle analisi mark-ricattura, utilizzando la tecnica di identificare gli individui, e quindi calcolare la densità locale della specie. La raccolta dei dati richiede solo una fotocamera digitale di base e la scala.
Questo documento delinea l'applicazione teorica della tecnica di identificazione impronta e il suo potenziale come un nuovo approccio costo-efficacia comunità-friendly per il monitoraggio, e, quindi, aiutare a conservare ghepardo. I prossimi passi nella più ampia applicazione dello strumento sarà più estesa la sperimentazione sul campo con le popolazioni di ghepardi in aree gamma.
La tecnica di identificazione impronta è diversa da precedenti tentativi di identificare gli individui da orme in diversi aspetti chiave; un protocollo standardizzato e rigoroso raccolta ingombro, un software di interfaccia utente grafica semplificata, l'orientamento e l'ottimizzazione delle immagini prima dell'analisi, e un nuovo modello statistico per la classificazione.
Ci sono diversi passaggi critici necessari per la riuscita del protocollo. In primo luogo, sentieri di sabbia deve essere preparato in modo corretto e l'animale ha portato sulla sabbia ad un normale rilassato passo d'uomo. Quando l'imaging le impronte, la photographer deve essere direttamente sopra il centro della stampa. Spesso è utile avere un osservatore per verificare questo. Infine, è molto importante che il fotografo (o un assistente, che potrebbe essere un inseguitore esperto) in grado di identificare un ingombro cheetah a terra, e hanno la capacità di monitorare la traccia delle orme in avanti o indietro lungo la linea di corsa .
capacità di inseguimento sono essenziali per l'effettiva ulteriore attuazione di questa tecnica per il monitoraggio di ghepardi sconosciute o free-ranging. Una mancanza di abilità può portare alla raccolta di impronte sufficientemente ben definiti o confusione tra sentieri di diversi animali che potrebbero viaggiare insieme. Quest'ultimo punto è particolarmente importante per i ghepardi, dove i giovani maschi a volte si formano coalizioni di 3 o più animali che si muovono insieme. Tuttavia, questa preoccupazione è stato affrontato per un'altra specie sociale, il rinoceronte bianco, dove gruppi fino a 13 persone in movimento insieme sono stati correttamente identificaticato con la tecnica di identificazione impronta utilizzando in avanti o indietro il monitoraggio dei percorsi (Alibhai et al. 2008) 17.
Mentre ora ci sono pochi rimasti inseguitori esperti indigeni, sforzi concertati sono stati fatti per interagire con loro e trasferire le loro competenze per i membri più giovani della loro comunità. Una di queste iniziative, l'Accademia di antichi mestieri, sarà ospitato dal N / A'an ku sê Fondazione in Namibia. Allo stesso modo, la rapida crescita di programmi di certificazione di formazione tracker è che consente agli scienziati e naturalisti dilettanti per imparare queste tecniche di campo essenziali.
L'accurato posizionamento manuale dei punti punto di riferimento sulle immagini impronta è centrale per la precisione della tecnica. Anche in questo caso, gli operatori devono avere familiarità con l'anatomia di base del footprint piede e conseguente. Gli autori stanno cercando di sviluppare l'automazione per ridurre al minimo il lavoro manuale coinvolti, e contribuire a risolvere tutte le preoccupazioni circa stanstandar- tra diversi operatori. Nel frattempo, si consiglia semplicemente che punto di riferimento di posizionamento sia la responsabilità di un operatore in ogni sito di campo. Gli sforzi sono in corso di coinvolgere scienziati cittadini in cattura e l'analisi dei dati, che saranno enormemente amplificare campo di applicazione. Nonostante queste limitazioni attuali, questo protocollo software è stato implementato con successo nel settore per una serie di specie, tra cui nero e il rinoceronte bianco, Lowland tapir e Amur tigre.
Lavorare con le impronte ha una evidente limitazione – il sottofondo deve permettere la loro impressione chiara. Stampa parziale o stampe di qualità scadente forniscono sufficienti dettagli 32. Tuttavia, ampie zone di gamma ghepardo sono ideali per la raccolta impronta, e per piccole aree altrimenti non idonei può anche essere possibile aggirare questa limitazione mettendo sentieri di sabbia artificiali per raccogliere impronte. Queste pastiglie impronta impressione possono essere utilizzati efficacemente in combinazione con caMera-trappole, per esempio a noti marcatura ghepardo messaggi / alberi. Monitoraggio competenze e conoscenze a livello locale può essere di grande aiuto nel localizzare e individuare le aree di substrato adatto.
Poiché la tecnica di identificazione impronta è non invasiva, non provoca alcun disturbo per l'ecologia o comportamento dell'animale. Molti studi hanno dimostrato il potenziale rischio e reale della cattura, l'immobilizzazione, la manipolazione e il montaggio della strumentazione, i costi sostenuti in tali pratiche, e il rischio di raccolta di dati inattendibili 33. Identificazione Impronta come tecnica ha un altro vantaggio nella gestione della conservazione. Sulla base di tradizionali competenze di inseguimento e costo-efficacia, può coinvolgere le comunità locali in precedenza emarginati nei processi di monitoraggio di conservazione. Stander 34 e 35 Liebenberg indirizzati in modo indipendente e attestate alle capacità di monitoraggio e di conservazione del valore di includere questi gruppi.
Gli sviluppi futuri della capacità tecnica di identificazione impronta per il monitoraggio dei ghepardi sono in corso, e comprendono campo-prove per la validazione con ghepardi free-ranging, la costruzione di algoritmi di età classe (inclusi cambiamenti dei piedi la morfologia degli individui nel corso del tempo) e controlli di substrato. Gli autori stanno anche studiando tecniche di visione artificiale che permettono immagine segmentazione per ottimizzare l'accuratezza e la coerenza nella marcatura punti di riferimento.
Dal momento che le impronte sono uno dei segni animali più diffusi, e spesso molto più facile da trovare rispetto degli animali stessi, una più ampia adozione di identificazione impronta potrebbe essere cambiare il gioco nel monitoraggio di conservazione. Principali aree terrestri protette del mondo ricevono una stima di otto miliardi di visite ricreative all'anno 36. La maggioranza dei visitatori ora portare gli smartphone. L'utilizzo di un app in fase di sviluppo per Wildtrack la raccolta di dati impronta sarà semplice e veloce e potrebbe potenzialmente effect un insieme di dati di dimensione del campione senza precedenti e scala spaziale. Con un protocollo di raccolta dati di costo-efficacia, la tecnica di identificazione impronta si adatta facilmente a maglia in qualsiasi cassetta degli attrezzi di conservazione. Come un sistema di classificazione di immagini, è robusto modello può anche avere applicazioni in campo medico, legale, e campi di applicazione della legge (ad esempio, anti-bracconaggio).
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to acknowledge the support of the N/a’an ku sê Foundation, Namibia; the JMP division (jmp.com) of SAS (sas.com) USA; Chester Zoo, U.K., Cheetah Conservation Botswana, Botswana; and Foundation SPOTS, Netherlands.
ITEM | |||
Garden shovel | |||
Garden rake | |||
Substrate tamper | |||
River or builders sand | |||
Buckets | |||
Watering can or sprayer | |||
Digital camera | |||
Paper for Photo ID slips | http://wildtrack.org/citizen-science/photographing-footprints/ | ||
Carpenters' cm folding rule | |||
Laptop or desktop computer | |||
JMP software | |||
The footprint identification technique add-in to JMP software |