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%.
チーター(Acinonyxのjubatus)は 、アフリカで最も絶滅の危機に瀕猫科の動物や絶滅危惧種1のIUCNレッドリストによる人口減少の傾向と脆弱性としてリストされています。グローバルチーターの人口は世界人口4,6,7の三よりもおそらくもっとで、7-10,000個人1とナミビアは放し飼いのチーターの最大の本拠地として認識されていると推定されます。南アフリカ(550)、ジンバブエ(400)、ザンビア(100)、モザンビークに続いて1800で次に近いレンジ状態ボツワナで2000でナミビアのチーターの人口を置いた2007年に南部アフリカのための人口推計、(<5)。いくつかの州では7 unassessedました。
ナミビア当局は明らかに「成功したと共存する生態系の範囲でセキュアな、実行可能なチーター集団、およびナミビアの人々、によって評価されている。」のビジョンを述べていますしかし、家畜ゲーム農業の主要な土地はナミビア8,9と土地所有者に定期的にトラップを使用し、家畜や貴重な野生動物の捕食を減少させる試みで、それらの特性にチーターを殺すです。 1,200人以上のチーターは、1991年から2006年まで除去し、すべてではないが、このような「offtakes」は10を記録しました。また、これは農民チーター紛争の有効な解決策であるか否かについての議論があります。殺害または転座により、競合の原因として認識動物の除去は、このような優れた家畜の保護11などの他の手段による紛争の緩和よりも効果が低い場合があります。 12ヶ月後の転座の生存の公開率は18%で11〜40%12の範囲であってきました。
数字上で信頼性の高いデータを収集し、ナミビアでチーターのアイデンティティおよび分布は、人間チーターの紛争に対処するための鍵です。現在のチーターモニタリング技術は、対象のアンケートからナミの範囲観光客や政府による日和見観察とは利害関係者4への環境と観光の総統省はカメラ・トラップ13、GPSまたは10,14 VHFカラー、農家のインタビュー調査8、さらにスポットパターン15の使用に、4を報告します。しかし、調査努力の共通の基準又は定量化することなく、これらの技術の有効性の比較は困難です。各々には限界があります。 GPS衛星とVHFカラーは、高価であり、多くの場合、信頼できないターゲットにアンケートは範囲が限られており、カメラトラップは範囲が限られています。
これらの異なる方法によって生成見積もりは大きく異なります。マーカーら 10は、より協調的なアプローチの必要性を強調しました。種々の方法は、チーターの人口密度を推定するために農地に使用されており、これらは、推定値の範囲を生産しています。 2.5(±0.73)を推定例えば、ラジオテレメトリー調査チーター/千キロ<suP> 2しばらく4.1を推定したカメラトラップ調査(±0.4)チーター/千キロ2(マーカーら 2007)。この変化は、密度を推定するために異なる方法を使用することの問題を強調したが、これまでのところ、単一の、効果的な、反復技術はチーターナミビアに占める生息地の広い範囲にわたって使用することができるが同定されていません。これは、効果的なチーターの監視と保全のための問題です。
この課題は、チーターを監視するための堅牢な、費用対効果と柔軟なツールの開発を巻き起こしました。フットプリント識別技術は、最初のクロサイ16のために開発され、その後シロサイ17、アムールトラ18、マウンテンライオン19、およびその他を含む広範囲の種に適合されました。
種々の研究は、種、個体、および性別により大きな肉食動物を識別するためにフットプリントを使用することが可能であることを示しています。プロセス測定値21の比較に足跡20の単純な形状記述から進化した、統計的な一つまたは複数の測定16,17,22-30の解析と形状解析に31。これらの努力はの厳しさに大きく依存して、様々な成功を収めていますデータ収集と分析のプロセス、および訓練データセットを開発するために使用される試験動物の数。足跡を使用して、いくつかの実用的な利点があります。最初の画像は、他の非侵襲的アプローチと一緒に収集することができるということである( 例えば 、カメラトラップ、髪/糞便等からのDNA採取)非常に少し余分な労力やコストを持ちます。ここで、基板許可第二に、足跡は、動物の活動の中で最もユビキタスな兆候です。
フットプリント識別技術はチーターのために説明した第一堅牢なフットプリント識別技術であり、足跡が発見されている任意のサイトにも適用可能です。足跡はsufficieでなければなりませんntly印刷のつま先とかかとが肉眼ではっきりと見ることができると規定。フィールド演算子は、チーターの足の基本的な解剖学を熟知し、関心のある領域にプリントを識別することができ、および任意の他の同所大型肉食動物の印刷物からそれらを区別しなければなりません。技術は、(収集フットプリントにより表される何チーター例えば、?)センサス法として、または特定の個人を監視するためのツールとして使用することができます。足跡はまた種の局所濃度が個人を識別し、次に計算する技術を使用して、マーク再捕捉分析の「マーク」として使用することができます。データ収集は、基本的なデジタルカメラとスケールが必要です。
本稿では、監視に新たな費用対効果の高い、社会に優しいアプローチとして、理論的なフットプリントの識別技術の適用とその可能性を概説し、ひいてはチーターの節約に役立ちます。ツールの広いアプリケーションにおける次のステップは、範囲の分野でチーター集団とより広範なフィールドテストになります。
フットプリントの識別手法にはいくつかの重要な点で足跡からの個人を識別するための以前の試みとは異なります。標準化された厳密なフットプリント採取プロトコル、合理グラフィック・ユーザ・インタフェース・ソフトウェア、分析の前に画像の向きおよび最適化、分類のための新しい統計モデル。
プロトコルの成功のために必要ないくつかの重要なステップがあります。まず、砂の道を正しく準備する必要があり、動物は、通常のリラックスした歩行ペースで砂の上に導きました。足跡を撮影し、photographerは、印刷の中央の直接オーバーヘッドでなければなりません。多くの場合、これをチェックするオブザーバがあると便利です。最後に、(専門家トラッカーかもしれませんまたはアシスタント、)撮影者が地面にチーターのフットプリントを識別することができることが非常に重要であり、前方または後方移動のラインに沿って足跡の痕跡を追跡するためのスキルを持っています。
追跡スキルが不明または放し飼いのチーターを監視するためのこの技術の効果的な更なる実施に不可欠です。スキルの欠如は一緒に旅行するさまざまな動物のトレイル間の不十分明確に定義された足跡や混乱のコレクションにつながることができます。この後者の点は、若い男性が時々一緒に動く3匹以上の連合を形成チーター、特に重要です。しかし、この懸念は、最大13人のグループが一緒に移動シロサイは、正しく同定した、別の社会の種のために対処されてきました前方または後方トレイルの追跡を使用して、フットプリント識別技術によってfiedが(Alibhai ら 2008)17。
今数少ない専門家先住民トラッカーがありますが、努力は彼らと一緒に従事し、地域社会の若いメンバーに自分のスキルを転送するために行われています。そのようなイニシアチブ、古代スキルのアカデミーは、ナミビアN / a'an区SE財団によってホストされます。同様に、トラッカートレーニング認定プログラムの急速な成長は、これらの必須フィールドのテクニックを学ぶために科学者やアマチュアの博物学を可能にしています。
フットプリントの画像上の目印点の正確な手動位置決めは、技術の精度の中心です。ここでも、オペレータは足と結果のフットプリントの基本的な解剖学に精通している必要があります。著者は現在、関連する手作業を最小限に抑えるために自動化を開発し、スタンについての懸念を解決しようとしています異なる事業者全体のdardization。一方で、単にランドマークの位置は、各現場で一人のオペレータの責任であることをお勧めします。努力が非常フィールド・アプリケーションを増幅するデータの取得と解析における市民科学者、従事するために進行中です。これらの電流制限にもかかわらず、このソフトウェア・プロトコルが正常に黒と白サイ、低地のバクとアムールトラなどの種の範囲のための分野で展開されています。
基板は、その明確な印象を許可する必要があります – 足跡での作業は1明白な制限があります。部分的なプリントや低品質のプリントが不十分なディテール32を提供します 。しかし、チーターの範囲の大部分は、フットプリントのコレクションに最適です、と小さなそうでなければ不適当地域のためにそれも足跡を集めるために人工砂の道を置くことによって、この制限を回避することが可能です。これらのフットプリント印象パッドを効果CAと組み合わせて使用することができますメラ・トラップ、既知のチーターマーキング投稿/樹木で例えば。追跡スキルや地元の知識が大幅に適切な基板の領域の位置を特定し、特定するのに役立つことができます。
フットプリントの識別技術は非侵襲性であるため、動物の生態や行動への妨害を引き起こしません。多くの研究は、そのような慣行で発生コスト、および信頼性の低いデータ33を収集するリスクを捕捉、固定化、処理の可能性と実際のリスクを示し、そして器具のフィッティングしています。技術としてフットプリント識別は、保全管理に別の利点を有しています。伝統的なトラッキング・スキル、費用対効果に基づいて、保全モニタリングの過程で以前に取り残された地域社会に係合することができます。スタンダー34とリーベンバーグ35は、独立してアドレス指定され、保全モニタリングスキルとこれらのグループを含むの値に証言しました。
チーターを監視するためのフットプリント識別技術能力の今後の展開が進行中であり、かつ、基板コントロール(時間以上の個人の足の形態の変化を含む)、年齢クラスのアルゴリズムを構築し、放し飼いのチーターと検証のためのフィールド・トライアルが含まれます。著者らはまた、画像分割が目印点をマーキングの精度と一貫性を最適化することを可能にするコンピュータビジョンにおける技術を調査しています。
足跡は、動物そのものよりも見つけることがはるかに容易、多くの場合、最もユビキタス動物の兆候の一つ、としているので、フットプリントの識別のより広い採用はゲームを変える保全モニタリングである可能性があります。世界の主要な保護された地上エリアは年間36あたりの推定80億レクリエーションの訪問を受けます。訪問者の大半は、現在スマートフォンを運びます。電子潜在的可能性が足跡データの収集が簡単かつ迅速になりますWildTrackのために開発されたアプリを使用し、ffect前例のないサンプルサイズと空間スケールのデータセット。費用対効果の高いデータ収集プロトコルで、フットプリントの識別技術は、容易に任意の保護ツールボックスに噛み合うように適応します。画像分類システムとして、堅牢なモデルですまた、医療法医学、および法執行の分野( 例えば 、抗密猟)でアプリケーションを有していてもよいです。
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 |