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%.
Der Gepard (Acinonyx jubatus) ist Afrikas am meisten gefährdeten felid und aufgeführt als Vulnerable mit einer rückläufigen Bevölkerungsentwicklung von der IUCN Rote Liste gefährdeter Arten 1. Die globale Gepard Bevölkerung wird geschätzt , zwischen 7-10,000 Individuen zu sein 1 und Namibia gilt als das größte Hochburg der frei lebenden Geparden, mit vielleicht mehr als ein Drittel der Weltbevölkerung 4,6,7 anerkannt. Bevölkerungsschätzungen für das südliche Afrika im Jahr 2007 mit 1800 Namibia Geparden Bevölkerung 2000 mit dem übernächsten Bereich Staat Botswana platziert, gefolgt von Südafrika (550), Simbabwe (400), Sambia (100), Mosambik (<5). Mehrere Staaten waren nicht veranlagte 7.
Namibischen Behörden haben eine klar zum Ausdruck gebracht Vision "Sichere, tragfähige Geparden Populationen in einer Reihe von Ökosystemen, die mit erfolgreich koexistieren, und werden geschätzt durch, die Menschen in Namibia." Allerdings Viehund Spiel Landwirtschaft sind wichtige Land in Namibia verwendet 8,9 und Grundbesitzer regelmäßig fangen und töten Geparden auf ihre Eigenschaften in einem Versuch , Raub von Vieh oder wertvolle Tiere zu reduzieren. Mehr als 1.200 Geparden wurden von 1991 bis 2006 entfernt, aber nicht alle solche "Entnahmen" wurden 10 aufgezeichnet. Darüber hinaus gibt es eine Debatte darüber, ob oder nicht, das ist eine effektive Lösung für den Landwirt-Gepard-Konflikt. Die Entnahme von Tieren als Ursache für Konflikte wahrgenommen, durch das Töten oder Translokation kann weniger wirksam sein als Milderung von Konflikten mit anderen Mitteln, wie zum Beispiel eine bessere Tierschutz 11. Veröffentlicht Überlebensraten für 12 Monate nach der Translokation haben von 18% 11-40% 12 reichte.
Die zuverlässige Erfassung von Daten über die Zahlen, die Identität und die Verteilung von Geparden in Namibia ist der Schlüssel zur Bewältigung Konfliktsituationen Mensch-Gepard. Aktuelle Geparden Techniken Überwachung von gezielten Fragebögen aus dem Nami reichenbian Ministerium für Umwelt und Tourismus Beteiligten 4 opportunistische Beobachtungen von Touristen und Regierung berichtet 4, die Verwendung von Kamerafallen 13, GPS oder UKW – Kragen 10,14, Umfragen Landwirt Interview 8 und sogar Punktmuster 15. Bei einem Vergleich der Wirksamkeit dieser Techniken ohne eine gemeinsame Benchmark oder Quantifizierung der Erhebungsaufwand ist schwierig. Jeder hat seine Grenzen; GPS-Satelliten-und VHF-Halsbänder sind teuer und oft unzuverlässig, haben gezielte Fragebögen Umfang begrenzt und Kamerafallen haben eine begrenzte Reichweite.
Schätzungen durch diese unterschiedlichen Verfahren hergestellt sind sehr unterschiedlich. Marker et al. 10 unterstrich die Notwendigkeit für ein koordiniertes Vorgehen. Eine Vielzahl von Verfahren wurde auf den Äckern verwendet Geparden Bevölkerungsdichte zu schätzen, und diese haben eine Reihe von Schätzungen erzeugt. Zum Beispiel kann eine Studie Radio-Telemetrie 2,5 (± 0,73) Geparde / 1.000 km geschätzt <sup> 2 , während eine Kamera-Falle Studie schätzungsweise 4,1 (± 0,4) Geparde / 1.000 km 2 (Marker et al. 2007). Diese Variante hebt das Problem der unterschiedlichen Methoden Dichte zu schätzen, aber bisher keine einzige, wirksame, wiederholbare Technik identifiziert worden, die über das breite Spektrum der Lebensräume verwendet werden könnten, die Geparde in Namibia besetzen. Dies bleibt ein Problem für die effektive Geparden Überwachung und Erhaltung.
Diese Herausforderung löste die Entwicklung eines robusten, kostengünstigen und flexibles Werkzeug für die Geparden zu überwachen. Der Fußabdruck Identifikationstechnik wurde erstmals für schwarze Nashörner 16 entwickelt und anschließend für eine breite Palette von Arten , darunter weiße Nashorn 17, Amur – Tiger 18, Berglöwen 19 und andere angepasst.
Verschiedene Studien haben gezeigt, dass es möglich ist, Fußspuren zu verwenden, um große Fleischfresser von Arten, Personen zu identifizieren und Sex. Der Prozesshat sich von einfachen Formbeschreibung von Spuren 20 auf einen Vergleich von Messungen 21, einer statistischen Analyse eines oder mehrerer Messungen entwickelt 16,17,22-30 und 31 Formanalyse .Diese Bemühungen wechselndem Erfolg gehabt haben, hängen weitgehend von der Strenge der Datenerfassung und Analyseverfahren und die Anzahl der Versuchstiere verwendet, um die Trainingsdatensätze zu entwickeln. Es gibt mehrere praktische Vorteile von Fußabdrücken mit. Die erste ist , dass die Bilder können zusammen mit anderen nicht-invasive Ansätze (zB Kamera-Trapping, DNA – Sammlung von Haar / Kot, etc.) mit sehr wenig zusätzlichen Aufwand oder Kosten gesammelt werden. Zweitens Fußspuren sind, wo Substrat erlaubt, die am weitesten verbreitete Zeichen der Tieraktivität.
Der Fußabdruck Identifikationstechnik ist der erste robuste Fußabdruck Identifikationstechnik für Geparden beschrieben und ist anwendbar an jedem Ort, wo Fußspuren gefunden werden. Abdrücke müssen sufficiently definiert, dass die Zehen und der Ferse des Druck deutlich mit bloßem Auge gesehen werden kann. Die Vermesser müssen sich mit der grundlegenden Anatomie des Geparden Fuß vertraut und in der Lage sein zu erkennen, Drucke im Bereich von Interesse, und unterscheiden sie von Drucke von irgendwelchen anderen sympatric großen Fleischfresser. Die Technik kann sowohl als Zensus Technik verwendet werden ( zum Beispiel , wie viele Geparden durch die Fußspuren dargestellt werden gesammelt?) Oder als Werkzeug , um bestimmte Personen zu überwachen. Abdrücke kann auch als "Marken" in Mark-recapture Analysen verwendet werden, unter Verwendung der Technik Individuen zu identifizieren, und dann lokale Dichten der Spezies berechnen. Die Datensammlung erfordert nur eine einfache Digitalkamera und Maßstab.
Dieses Papier beschreibt die theoretischen Anwendung des Fußabdrucks Identifikationstechnik und ihr Potenzial als neue kostengünstige, gemeinschaftsfreundlichen Ansatz zur Überwachung und damit Gepard hilft sparen. Die nächsten Schritte in der weiteren Anwendung des Werkzeugs wird umfangreicher Feldversuche mit Geparden Populationen in Reichweite Gebieten sein.
Der Fußabdruck Identifikationstechnik unterscheidet sich von früheren Versuchen, Personen aus Fußspuren in mehreren wichtigen Punkten zu identifizieren; eine standardisierte und strenge Fußabdruck Sammlung Protokoll, eine schlanke Software grafische Benutzeroberfläche, die Ausrichtung und Optimierung von Bildern vor der Analyse und ein neues statistisches Modell für die Klassifizierung.
Es gibt mehrere wichtige Schritte, die für den Erfolg des Protokolls. Zunächst Sandwege müssen richtig vorbereitet sein und das Tier führte über den Sand auf einem normalen entspannten Gehgeschwindigkeit. Wenn die Abdrücke Bildgebung, die photogrApher muss direkt über der Mitte des Druck sein. Oft ist es sinnvoll, einen Beobachter zu haben, dies zu überprüfen. Schließlich ist es sehr wichtig, dass der Fotograf (oder ein Assistent, der ein Experte Tracker sein könnte) in der Lage sein, einen Geparden Fußabdruck auf dem Boden zu identifizieren, und haben die Fähigkeit, die Spur von Fußabdrücken auf der Linie der Reise vorwärts oder rückwärts zu verfolgen .
Tracking-Fähigkeiten sind unerlässlich, um die wirksame weitere Umsetzung dieser Technik zur Überwachung von unbekannten oder frei lebenden Geparden. Ein Mangel an Geschick kann ungenügend gut definierte Fußspuren oder Verwirrung zwischen Spuren von verschiedenen Tieren zu der Sammlung führen, die zusammen reisen könnten. Dieser letzte Punkt ist besonders wichtig für Geparden, wo junge Männer manchmal Koalitionen von 3 oder mehr Tiere bilden, die sich zusammen bewegen. Doch diese Sorge wurde für eine andere soziale Spezies, das weiße Nashorn angesprochen, in denen Gruppen von bis zu 13 Personen zusammen waren richtig identifiziert bewegenziert durch die Technik Fußabdruck Identifizierung Vorwärts- oder Rückwärtsverfolgung von Routen mit (Alibhai et al. 2008) 17.
Zwar gibt es jetzt nur noch wenige Rest Experte indigenen Tracker sind, konzertierte Anstrengungen unternommen werden, um mit ihnen zu engagieren und ihre Fähigkeiten auf jüngere Mitglieder ihrer Gemeinschaft zu übertragen. Eine solche Initiative, die Academy of Ancient Fähigkeiten, wird von der N / a'an ku sê Stiftung in Namibia gehostet werden. In ähnlicher Weise ist das schnelle Wachstum der Tracker Ausbildung Zertifizierungsprogramme ermöglichen Wissenschaftler und Amateur-Naturforscher diese essentiellen Bereich Techniken zu erlernen.
Die genaue manuelle Positionierung von Orientierungspunkt Punkte auf Fußabdruck Bilder ist auf die Genauigkeit der Technik von zentraler Bedeutung. Auch hier müssen die Betreiber mit der grundlegenden Anatomie des Fußes und der daraus resultierenden Fußabdruck vertraut sein. Die Autoren versuchen derzeit Automatisierung zu entwickeln, um die Handarbeit beteiligt zu minimieren und dazu beitragen, alle Bedenken über stan lösenmungs über verschiedene Betreiber. In der Zwischenzeit ist es einfach empfohlen, Wahrzeichen Positionierung in der Verantwortung eines Betreibers an jedem Feld Ort sein. Die Bemühungen sind im Gange Bürger Wissenschaftler bei der Datenerfassung und Analyse zu engagieren, die Feldanwendung wird enorm verstärken. Trotz dieser aktuellen Einschränkungen hat sich diese Software-Protokoll für eine Reihe von Arten, darunter Schwarzweiss-Nashorn, Lowland Tapir und Amur-Tiger auf dem Gebiet erfolgreich im Einsatz.
Arbeiten mit Fußspuren hat eine offensichtliche Einschränkung – das Substrat muss ihren klaren Eindruck ermöglichen. Teilweise druckt oder schlechte Qualität druckt unzulänglich Detail 32. Allerdings, große Flächen des Geparden Bereich sind ideal für Fußabdruck Sammlung, und für kleine sonst ungeeignet Bereichen kann es sogar möglich sein, diese Einschränkung zu umgehen, indem sie künstliche Sandwegen platzieren Fußspuren zu sammeln. Diese Fußabdruck Eindruck Pads können effektiv mit ca in Kombination verwendet werden,mera-Fallen, zum Beispiel bei bekannten Geparden Markierungs posts / Bäume. Fähigkeiten und lokales Wissen Verfolgung kann bei der Lokalisierung und Identifizierung von Bereichen geeignetes Substrat stark unterstützen.
Weil der Platzbedarf Identifizierungstechnik nicht-invasiv ist, spielt es keine Störung der Ökologie oder Verhalten des Tieres führen. Viele Studien haben das Potenzial und die reale Gefahr der Erfassung, Immobilisation, Handhabung und Montage der Instrumentierung, die entstandenen Kosten in solchen Praktiken, und das Risiko des Sammelns unzuverlässige Daten 33 gezeigt. Footprint Identifikation als eine Technik hat einen weiteren Vorteil in Naturschutz-Management. Basierend auf herkömmlichen Tracking-Fähigkeiten, und die Wirtschaftlichkeit kann es zuvor marginalisierten lokalen Gemeinschaften in den Prozessen der Erhaltung Überwachung engagieren. Stander 34 und 35 Lieben unabhängig adressiert und bezeugt die Erhaltung Überwachung Fähigkeiten und den Wert dieser Gruppen , einschließlich.
Zukünftige Entwicklungen in der Ausleuchtzone Identifikationstechnik Fähigkeit für Geparden Überwachung sind im Gange, und sind Feldversuche zur Validierung mit frei lebenden Geparden, Gebäudealtersklassen Algorithmen (einschließlich Änderungen der Fußmorphologie von Individuen im Laufe der Zeit) und Substrat Kontrollen. Die Autoren untersuchen auch Techniken in Computer Vision, Bildsegmentierung erlauben in Markierung Wahrzeichen Punkte Genauigkeit und Konsistenz zu optimieren.
Da Fußspuren eines der am weitesten verbreiteten Tierkreiszeichen sind, und oft viel einfacher, als die Tiere zu finden, sich selbst, die eine weitere Verbreitung von Fußabdruck Identifizierung könnte spielverändernde in Erhaltung Überwachung sein. Die weltweit wichtigsten geschützten terrestrischen Gebieten erhalten schätzungsweise acht Milliarden Erholungsbesuche pro Jahr 36. Eine Mehrheit der Besucher tragen jetzt Smartphones. Unter Verwendung einer App für Wildtrack wird die Sammlung von Fußabdruck entwickelt Daten werden einfach und schnell und könnte potenziell eFFEKT ein Datensatz von noch nie da gewesenen Probengröße und räumlichen Skala. Mit einer kostengünstigen Datensammelprotokoll passt sich die Stellfläche Identifizierungstechnik leicht in jede Erhaltungs Toolbox kämmen. Als Bildklassifikationssystem, es ist robust Modell auch Anwendung in den Bereichen Medizin, Forensik haben kann, und Strafverfolgungs Felder (zB Anti-Wilderer).
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 |