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%.
猎豹( 猎豹jubatus)是非洲最濒危的猫科动物和脆弱,人口趋势,由IUCN红色名录濒危物种1所列下降。全局猎豹人口估计为7-10,000个体1和纳米比亚是公认的自由测距猎豹的最大据点之间,也许超过三分之一的世界人口4,6,7的更多。人口估计为南部非洲在2007年的下一个最近的范围状态博茨瓦纳放在纳米比亚猎豹人口为2000与1800,其次是南非(550),津巴布韦(400),赞比亚(100),莫桑比克(<5)。有几个国家是未经评估7。
纳米比亚当局有明确规定的愿景“安全,可行的猎豹种群在一系列的生态系统,与成功共存的,和纳米比亚人重视。”然而,家畜与游戏的农业是主要的土地在纳米比亚8,9和地主经常使用陷阱,企图以减少牲畜或有价值的野生动物捕食杀死它们的属性猎豹。 1200多只猎豹被拆除1991年至2006年,但并非所有“offtakes”记录10。此外,还有对这个是否是一个有效的解决了农民猎豹冲突的辩论。视为造成冲突,动物杀死或易位的去除可能比通过其他手段,如更好家畜保护11缓和冲突的效果较差。 12个月后易位生存发布率介于18%至11%40 12。
在纳米比亚的人数,身份和猎豹的分布收集可靠数据的关键是解决人类猎豹冲突局势。目前猎豹监测技术的范围从纳米针对性的问卷调查环境和旅游部陈水扁向游客和政府相关部门4伺机观察报告4,利用相机陷阱13,GPS或VHF项圈10,14,农民的采访调查8,甚至斑点图案15。然而,如果没有一个共同的基准或调查努力的量化这些技术的有效性的比较是困难的。每个人都有局限性; GPS卫星和VHF项圈价格昂贵,而且往往不可靠,有针对性的问卷调查范围有限,和相机陷阱范围有限。
通过这些不同的方法产生的估计值变化很大。标记等 10强调了一个更加协调的方式的必要性。各种各样的方法已经被用在农田估计猎豹人口密度,这些已经产生了一系列的估计。举例来说,无线电遥测研究估计2.5(±0.73)猎豹/千公里<suP> 2,而估计的4.1相机陷阱研究(±0.4)猎豹/ 1,000 平方公里 (标记等,2007)。这种变化突出了用不同的方法来估算密度的问题,但至今没有一个单一的,有效的,可重复的技术已被认定可能在整个大范围的猎豹在纳米比亚占据栖息地被使用。这仍然是有效的猎豹监测和保护的问题。
这个挑战引发了一个强大的,高性价比和灵活的工具的开发监测猎豹。足迹识别技术最初是为黑犀牛16开发并随后适用于范围广泛的物种包括白犀牛17,东北虎18日 ,山狮19,和其他人。
各种研究表明,它有可能使用足迹由物种,个体和性别识别大型食肉动物。这个过程已经从脚印20的形状简单描述进化到测量21的比较,以一个或几个测量16,17,22-30统计分析和形状分析31。这些努力取得了不同程度的成功,上的严格性在很大程度上取决于数据收集和分析程序,和用于开发训练数据集试验动物的数目。有使用的脚印几个实用的优点。首先,图像可以与其他的非侵入性的方法来收集( 例如 ,相机俘获,从头发/粪便等的DNA集合)用很少的额外的努力或成本。其次,足迹,其中基材许可证,动物活动的最普遍的迹象。
足迹鉴定技术是猎豹描述的第一个健壮的足迹识别技术,并在脚印的地方被发现的任何站点都是适用的。足迹必须sufficiently定义的打印的脚趾和脚跟可以清楚地用肉眼看到。现场操作员必须与猎豹足部的基本解剖熟习并能够识别在感兴趣的区域的打印,并从任何其他同域大型食肉动物的打印区分开。该技术可以被用来作为一个普查技术( 例如,多少猎豹被脚印收集?表示),或作为一个工具来监视特定的个人。脚印还可以用来作为标志重捕分析“标记”,使用该技术来识别个人,然后计算出物种的本地密度。数据收集只需要一个基本的数字相机和规模。
本文概述的足迹识别技术的理论应用及其潜在作为一个新的具有成本效益的,社区友好的方式来监测,并且因此帮助保护猎豹。在工具的广泛应用的下一步将是更广泛的现场测试,在地区范围内人口的猎豹。
足迹鉴定技术不同于以前的尝试,以确定在几个关键方面脚印个人;标准化的和严格的足迹集合协议,一个简化的图形用户界面软件,图像分析前的取向和优化,为分类的新的统计模型。
有必要的协议的成功几个关键步骤。首先,沙道必须正确准备和动物领导在沙在一个正常的放松步行速度。当成像的脚印,在photographer必须直接开销打印的中心。往往是有用的观察员进行检查。最后,这是非常重要的,摄影师(或助理,谁可能是一个专家跟踪器)能识别地面上的猎豹足迹,并有技能沿行进路线向前或向后跟踪脚印的痕迹。
跟踪技能是有效的进一步实施该技术的监控未知或自由放养的猎豹是必不可少的。功力不足会导致不同的动物可能会一起旅行的小径之间不够明确的脚印或混乱的集合。这后一点是猎豹,其中年轻男性,有时形成3个或更多的动物,一起移动的联盟尤为重要。然而,这种关注已经解决了另一种社会的物种,白犀牛,其中一起移动多达13个人组成的团体均正确鉴定通过使用向前或向后的小径跟踪足迹识别技术田间(Alibhai 等,2008)17。
虽然现在很少有剩余的专家土著跟踪,协调正在努力与他们接触和他们的技能传授给他们的社区的年轻成员。其中一项举措,古代技能学院,将由N / a'an区SE基金会在纳米比亚举行。同样,跟踪培训认证项目的快速增长,使科学家和业余博物学家学习这些重要领域的技术。
在足迹图像的标志点精确手动定位的核心是技术的准确性。此外,运营商必须熟悉脚并导致足迹的基本解剖。作者目前正在尝试开发自动化,以减少所涉及的体力劳动,并帮助解决有关斯坦任何问题在不同的运营商dardization。在此期间,它被简单地建议里程碑式的定位是一个操作员在每个字段站点的责任。目前正在努力从事数据采集和分析公民科学家,这将极大放大领域的应用。尽管有这些目前的限制,这个软件协议已经成功部署在该领域进行了一系列物种,包括黑与白犀牛,貘低地和东北虎。
与脚印的工作有一个明显的局限性 – 基材必须允许其清晰的印象。部分打印或印刷质量差的不足,提供详细的32。然而,猎豹范围的大面积是理想的足迹采集,并为小,否则不适宜地区,它甚至有可能通过将人工砂的小径收集脚印绕过这个限制。这些足迹印象焊盘可以与CA组合可以有效地使用梅拉陷阱,例如在已知的猎豹标志的职位/棵。跟踪能力和当地知识可以大大有助于寻找和确定合适的衬底区域。
因为足迹识别技术是非侵入性的,它不会造成任何干扰动物的生态或行为。许多研究显示捕获,固定化,处理的潜在和实际风险,和仪器的嵌合,在这种做法产生的成本,并收集不可靠的数据33的风险。足迹鉴定作为一种技术在养护管理的另一个优势。基于传统的跟踪能力和成本效益,它可以从事水土保持监测的过程以前被边缘化的当地社区。机架34和35利本伯格独立处理和证明养护监测技能和包括这些群体的价值。
在监测猎豹的足迹鉴定技术能力,未来的发展是持续的,包括现场试验与自由放养的猎豹验证,楼龄级算法(包括在一段时间内的个人脚形态的变化)和底物的控制。笔者也调查计算机视觉技术,使图像分割,优化的准确性和一致性标记标志点。
由于足迹的最普遍的动物的标志之一,而且往往更容易找到比动物本身,更广泛地采用的足迹鉴定可能是改变游戏规则的养护监测。世界上主要的保护陆地面积获得每年36估计有8个十亿休闲访问。大多数游客现在随身携带的智能手机。使用正在为WildTrack开发的应用程序占用数据的收集将是简单,快速并可能Ëffect前所未有样本大小和空间尺度的一个数据集。凭借高性价比的数据采集协议,足迹识别技术可以随时适应网格到任何保护工具箱。作为图像分类系统,它的强大模式也可能在医疗,法医学应用,和执法领域( 如反盗猎)。
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 |