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%.
Гепард (Acinonyx Jubatus) является наиболее находящихся под угрозой исчезновения felid Африки и перечислены как уязвимый с тенденцией к сокращению населения по Красный список МСОП находящихся под угрозой исчезновения видов 1. Глобальный гепард население оценивается между 7-10,000 лиц 1 и Намибия признана в качестве крупнейшего оплота свободном выгуле гепарда, с , возможно , более чем треть населения мира 4,6,7. Оценка численности населения для Южной Африки в 2007 году размещены гепарда население Намибии в 2000 со следующей ближайшей государственной диапазон Ботсвана 1,800, а затем Южная Африка (550), Зимбабве (400), Замбия (100), Мозамбик (<5). В некоторых штатах были нераспределенных 7.
Намибийские власти четко заявили видение "Secure, жизнеспособных популяций гепардов в целом ряде экосистем, которые успешно сосуществуют с, и ценятся, народа Намибии." Тем не менее, домашний скоти игра сельского хозяйства являются основными видами землепользования в Намибии 8,9 и землевладельцев регулярно ловушку и убить гепарда на их свойства в попытке уменьшить хищничество скота или ценного животного мира. Более 1200 гепарды были сняты с 1991 по 2006 год, но не все такие «отводы» было зарегистрировано 10. Кроме того, есть дебаты по этому вопросу, является ли или не является эффективным решением для фермера-гепарда конфликта. Удаление животных воспринимается как вызывающие конфликт, убивая или транслокации могут быть менее эффективными , чем смягчение конфликтов другими средствами, такими как лучшей защиты домашнего скота 11. Опубликованные показатели выживаемости в течение 12 месяцев после транслокации варьировались от 18% от 11 до 40% 12.
Сбор достоверных данных о численности, идентичности и распределения гепардов в Намибии является ключом к решению конфликтных ситуаций, человек-гепарда. Текущие гепард методы мониторинга варьируются от целевых вопросников от NamiБянь Министерство охраны окружающей среды и туризма для заинтересованных сторон 4 к оппортунистическим наблюдениям туристов и правительственных отчетов 4, с использованием камер-ловушек 13, GPS или УКВ 10,14 воротники, опросы фермер интервью 8, и даже пятна рисунка 15. Однако сравнение эффективности этих методов без общего ориентира или количественного обследования усилий трудно. Каждый из них имеет ограничения; GPS спутниковой и УКВ воротники являются дорогостоящими и часто ненадежны, целевые вопросники имеют ограниченную сферу применения, и камеры-ловушки имеют ограниченный диапазон.
Оценки, полученные этими различными способами изменяться в широких пределах. Маркер и др. 10 подчеркивается необходимость более скоординированного подхода. Различные методы были использованы на приусадебных для оценки плотности гепард населения, и они произвели ряд оценок. Например, исследование радио-телеметрической примерно 2,5 (± 0,73) гепардов / 1000 км <suр> 2 в то время как камеры-ловушки исследование оценило 4,1 (± 0,4) гепарды / 1000 км 2 (Marker и др. 2007). Это изменение выдвигает на первый план проблему использования различных методов для оценки плотности, но до сих пор ни один, эффективный, повторяемый метод не был идентифицирован, которые могут быть использованы по всему широкому спектру местообитаний, гепарды занимающими в Намибии. Это остается проблемой для эффективного мониторинга и сохранения гепарда.
Эта проблема вызвала развитие надежной, экономически эффективной и гибкого инструмента для мониторинга гепарда. Методика идентификации следа была впервые разработана для черного носорога 16 , а затем адаптирован для широкого круга видов , включая белого носорога 17, амурский тигр 18, горный лев 19 и другие.
Различные исследования показали, что можно использовать для идентификации следов крупных хищников по видам, частными лицами и пола. Процесспревратилась из простого описания формы следов от 20 до сравнения измерений 21, для статистического анализа одного или нескольких измерений 16,17,22-30 и формы анализа 31 .Эти усилия были переменным успехом, в значительной степени зависит от строгости сбор данных и аналитические процессы, а число подопытных животных, используемых для разработки учебных наборов данных. Есть несколько практических преимуществ использования следов. Первое , что изображения могут быть собраны вместе с другими неинвазивных подходов (например, камеры отлов, сбор ДНК из волос / кала и т.д.) с очень небольшим количеством дополнительных усилий или затрат. Во-вторых, следы есть, где это позволяет субстрат, наиболее распространенным признаком активности животных.
Методика идентификации след первый надежный метод идентификации следа описано для гепарда и применим в любом месте, где обнаружены следы. Следы должны быть sufficiently определил, что пальцы и пятка печати могут быть четко видны невооруженным глазом. Операторы на местах должны ознакомиться с основной анатомии стопы гепарда и быть в состоянии идентифицировать отпечатки в интересующей области, и отличить их от отпечатков любых других симпатрических крупных хищников. Этот метод может быть либо использованы в качестве метода переписи (например, сколько гепарды представлены отпечатками собраны?) Или в качестве инструмента для отслеживания конкретных лиц. Следы могут быть также использованы в качестве "меток" в анализах мечения-повторной поимки, используя технику для выявления лиц, а затем вычислить локальные плотности вида. Сбор данных требует только основной цифровой камеры и масштаб.
В настоящем документе излагается теоретическое применение методики идентификации следа и его потенциал в качестве нового рентабельного сообщества дружественный подход к мониторингу, и, следовательно, помогает сохранить гепарда. Следующие шаги в более широком применении инструмента будет более обширным полевые испытания с гепард населения в районах диапазона.
Метод идентификации след отличается от предыдущих попыток идентифицировать людей с отпечатками в нескольких ключевых аспектах; стандартизированный и строгий протокол сбор след, обтекаемый графический пользовательский интерфейс программного обеспечения, ориентация и оптимизация изображений перед проведением анализа, и новая статистическая модель для классификации.
Есть несколько важных шагов, необходимых для успешной реализации протокола. Во-первых, песчаные трассы должны быть подготовлены правильно и животное водить над песком в нормальном расслабленном прогулочном темпе. При визуализации следы ног, то photographer должны быть прямо над головой из центра печати. Часто бывает полезно иметь наблюдателя, чтобы проверить это. И, наконец, очень важно, чтобы фотограф (или помощник, который может быть экспертом трекер) быть в состоянии идентифицировать гепард след на земле, и есть умение отслеживать след следах вперед или назад вдоль линии движения ,
Отслеживание навыки имеют важное значение для дальнейшего эффективного осуществления этой методики для мониторинга неизвестных или вольный гепардов. Отсутствие навыка может привести к набору недостаточно четко определенных следов или путаницы между тропами различных животных, которые могут путешествовать вместе. Этот последний пункт особенно важен для гепардов, где молодые самцы иногда образуют коалиции из 3 или более животных, которые перемещаются вместе. Тем не менее, эта проблема была решена для другого социального вида, белого носорога, где группы до 13 особей, движущиеся вместе были правильно идентифицированыFied методом идентификации с использованием след вперед или назад отслеживание маршрутов (Алибхай и др. 2008) 17.
В то время как в настоящее время существует несколько оставшихся экспертов трекеры коренные, согласованные усилия к тому, чтобы заниматься с ними и передавать свои навыки для младших членов своей общины. Одной из таких инициатив, Академия древних навыков, будет организовано N / a'an ку С.Е. Фонда в Намибии. Кроме того, быстрый рост программ сертификации трекера обучения является позволит ученым и любительские натуралисты, чтобы изучить эти основные методы полевых.
Точное ручное позиционирование знаковых точек на след изображений занимает центральное место в точности метода. Опять же, операторы должны быть знакомы с основными анатомии стопы и в результате занимаемой площади. В настоящее время авторы пытаются разработать автоматизацию, чтобы минимизировать ручной работы, связанной, и помочь решить любые озабоченности по поводу Стандартизации между различными операторами. В то же время, это просто рекомендуется, чтобы позиционирование ориентир быть ответственность одного оператора на каждом участке поля. Предпринимаются усилия для вовлечения ученых граждан в захвате и анализа данных, которые будут чрезвычайно усиливающих поле приложения. Несмотря на эти существующие ограничения, этот программный протокол был успешно развернут в области для целого ряда видов, включая черного и белого носорогов, тапиров и низменных амурского тигра.
Работа с отпечатками имеет одно очевидное ограничение – субстрат должен обеспечить возможность их четкое впечатление. Частичные отпечатки или плохое качество печати обеспечивают недостаточную деталь 32. Тем не менее, большие площади диапазоне гепарда идеально подходят для сбора следа, так и для небольших других неподходящих районах он может быть даже можно обойти это ограничение путем размещения искусственных песчаных трасс собирать следы. Эти след впечатление подушечки могут быть эффективно использованы в сочетании с САМЕРА-ловушки, например, при известных гепарда маркировки сообщений / деревьев. Отслеживание навыков и местных знаний может существенно помочь в поиске и определении областей подходящего субстрата.
Поскольку метод идентификации следа является неинвазивным, это не вызывает каких-либо нарушений в экологии или поведении животного. Многие исследования показали потенциальную и реальную опасность захвата, иммобилизации, обработка, и установка контрольно – измерительных приборов, затраты , понесенные в такой практике, а также риск сбора ненадежные данные 33. Идентификация Footprint в качестве метода имеет еще одно преимущество в управлении сохранения. На основе традиционных навыков отслеживания, а также экономической эффективности, она может участвовать ранее маргинальные местных сообществ в процессах мониторинга сохранения. Stander 34 и Либенберг 35 независимо друг от друга обратились и засвидетельствовано навыков мониторинга и сохранения значения включения этих групп.
Дальнейшие разработки в технике возможности идентификации следа для мониторинга гепарда продолжаются, и включают в себя полевые испытания для проверки с свободно пасущихся гепардов, построения алгоритмов возрастной класса (в том числе изменения в морфологии стопы особей с течением времени) и контроля субстрата. Авторы также исследуют методы в области компьютерного зрения, которые позволяют изображения сегментации для оптимизации точности и последовательности в маркировке точек ориентира.
Поскольку отпечатки ног являются одним из самых распространенных признаков животных, и часто намного легче найти, чем самих животных, более широкое применение идентификации отпечатка может быть игра с изменением в мониторинге сохранения. Основные наземных охраняемых районов в мире получают примерно восемь миллиардов рекреационных посещений в год 36. Большинство посетителей теперь несут смартфоны. Использование приложения разрабатывается для WildTrack сбор данных след будет простым и быстрым и потенциально может электроннойffect набор данных беспрецедентного размера выборки и пространственного масштаба. С рентабельного протокола сбора данных, метод идентификации следа легко адаптируется к сетке в любой консервации инструментов. В качестве системы классификации изображения, это надежная модель может также найти применение в медицинской, судебно – медицинской экспертизы и правоохранительных полей (например, по борьбе с браконьерством).
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 |