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%.
Geparden (Acinonyx jubatus) er Afrikas mest truede felid og oppført som sårbar med en fallende bestandsutviklingen av IUCN rødliste over truede arter 1. Den globale gepard befolkningen er anslått til å være mellom 7-10,000 personer 1 og Namibia er anerkjent som den største høyborg av frittgående gepard, med kanskje mer enn en tredjedel av verdens befolkning 4,6,7. Bestandsestimater for Sør-Afrika i 2007 er lagt Namibias geparder befolkningen 2000 med neste nærmeste område tilstand Botswana med 1800, fulgt av Sør-Afrika (550), Zimbabwe (400), Zambia (100), Mosambik (<5). Flere stater var unassessed 7.
Namibiske myndigheter har et klart uttalt visjon om "Sikker, levedyktige cheetah bestander tvers av en rekke økosystemer som vellykket eksistere sammen med, og er verdsatt av, folk i Namibia." Men husdyrog spillet oppdrett er viktig land bruker i Namibia 8,9 og grunneiere regelmessig felle og drepe gepard på sine eiendommer i et forsøk på å redusere predasjon på husdyr eller verdifulle arter. Mer enn 1200 geparder ble fjernet 1991-2006, men ikke alle slike "offtakes 'ble registrert 10. Videre er det en debatt om hvorvidt dette er en effektiv løsning til bonden-gepard konflikt. Fjerning av dyr oppfattes som forårsaker konflikten, ved å drepe eller translokasjon kan være mindre effektive enn innstrammingen av konflikt på andre måter, for eksempel bedre husdyr beskyttelse 11. Publisert priser for overlevelse for 12 måneder etter trans har variert fra 18% 11-40% 12.
Samle pålitelige data på tallene, identitet og distribusjon av gepard i Namibia er nøkkelen til å løse menneske gepard konfliktsituasjoner. Nåværende gepard overvåking teknikker varierer fra målrettede spørre fra Namibian Miljøverndepartementet og turisme til interessenter 4 til opportunistiske observasjoner av turister og regjeringen rapporter 4, bruk av kamera-feller 13, GPS eller VHF krager 10,14, bonde intervjuundersøkelser 8, og selv flekk mønster 15. Imidlertid er sammenligning av effekten av disse teknikkene uten et felles referanse eller kvantifisering av undersøkelsen innsats vanskelig. Hver har begrensninger; GPS satellitt og VHF collars er dyrt og ofte upålitelige, målrettede spørre har begrenset omfang, og kamerafeller har begrenset rekkevidde.
Estimater produseres av disse ulike metoder varierer mye. Marker et al. 10 streket behovet for en mer koordinert tilnærming. En rekke metoder har blitt brukt på områdene rundt for å estimere gepard befolkningstetthet, og disse har produsert en rekke estimater. For eksempel, en radiotelemetri studie anslått 2,5 (± 0,73) geparder / 1000 km <sup> 2 mens et kamera-felle studie anslått 4,1 (± 0,4) geparder / 1000 km 2 (Marker et al. 2007). Denne variasjonen fremhever problemet med å bruke ulike metoder for å anslå tetthet, men så langt ingen enkelt, effektivt, repeterbare teknikken har blitt identifisert som kunne brukes på tvers av det brede utvalget av habitater som pantere opptar i Namibia. Dette er fortsatt et problem for effektiv gepard overvåking og bevaring.
Denne utfordringen utløste utviklingen av en robust, kostnadseffektiv og fleksibelt verktøy for overvåking av gepard. Fotavtrykket identifikasjon teknikken ble først utviklet for svart neshorn 16 og senere tilpasset for et bredt spekter av arter, inkludert hvite neshorn 17, Amur tiger 18, fjelløve 19, og andre.
Ulike studier har indikert at det er mulig å bruke fotspor for å identifisere store rovdyr av arter, enkeltpersoner, og sex. Prosessenhar utviklet seg fra enkle form beskrivelse av spor 20 for en sammenligning av målinger 21, til statistisk analyse av en eller flere målinger 16,17,22-30 og forme analyse 31 .Disse anstrengelser har hatt varierende suksess, avhengig i stor grad av strenghet av datainnsamling og analytiske prosesser, og antallet testdyr som benyttes for å utvikle treningsdatasettene. Det er flere praktiske fordeler med å bruke overføringene. Den første er at bildene kan samles sammen med andre ikke-invasive metoder (for eksempel kamera-fangst, innsamling av DNA fra hår / avføring, etc.) med svært lite ekstra innsats eller kostnad. Dernest fotavtrykk er, hvor underlaget tillater det, den mest utbredte tegn på dyr aktivitet.
Fotavtrykket identifikasjon teknikk er den første robust fotavtrykk identifikasjon teknikk beskrevet for gepard og gjelder på alle områder der overføringene er funnet. Footprints må være sufficiently definert at tærne og hælen av utskrifts kan sees tydelig med det blotte øye. Feltoperatørene må gjøre seg kjent med de grunnleggende anatomi av geparden foten og kunne identifisere utskrifter i området av interesse, og skille dem fra utskrifter av alle andre sympatric store rovdyr. Teknikken kan enten brukes som en folketelling teknikk (f.eks hvor mange pantere er representert ved overføringene samlet?) Eller som et verktøy for å overvåke bestemte personer. Overføringene kan også brukes som "merker" i mark-gjenfangst analyser, ved hjelp av teknikken for å identifisere individer, og deretter beregne lokale tettheten av arten. Datainnsamling krever bare en grunnleggende digital kamera og skala.
Denne artikkelen beskriver den teoretiske anvendelsen av fotavtrykk identifikasjon teknikk og sitt potensial som en ny kostnadseffektiv, community-vennlig tilnærming til overvåking, og dermed bidrar til å spare gepard. De neste trinnene i bredere anvendelse av verktøyet vil bli mer omfattende felttesting med cheetah bestander i utvalg områder.
Fotavtrykket identifikasjon teknikk skiller seg fra tidligere forsøk på å identifisere enkeltpersoner fra fotavtrykk i flere viktige henseender; en standardisert og streng fotavtrykk samling protokollen, en strømlinjeformet grafisk brukergrensesnitt programvare, orienteringen og optimalisering av bilder før analyse, og en ny statistisk modell for klassifisering.
Det er flere viktige skritt som er nødvendige for å lykkes i protokollen. Først må sandstier være forberedt på riktig måte og dyret ledet over sanden på en normal avslappet gangfart. Når bildebehandling fotavtrykk, den fotogapher må være rett over hodet på midten av print. Ofte er det nyttig å ha en observatør til å sjekke dette. Til slutt, er det svært viktig at fotografen (eller en assistent, som kan være en ekspert tracker) kunne identifisere en gepard fotavtrykk på bakken, og har ferdigheter til å spore sporet av overføringene fremover eller bakover langs linjen av reiser .
Sporing ferdigheter er avgjørende for effektiv videre implementering av denne teknikken for overvåking av ukjente eller frittgående geparder. En mangel på dyktighet kan føre til innsamling av utilstrekkelig veldefinerte spor eller forvirring mellom stier forskjellige dyr som kan reise sammen. Dette siste punktet er spesielt viktig for geparder, hvor unge menn noen ganger danner koalisjoner av 3 eller flere dyr som beveger seg sammen. Imidlertid har denne bekymringen er adressert til en annen sosial art, den hvite neshorn, der grupper på opp til 13 personer flytter sammen var riktig identifisertfisert av fotavtrykk identifikasjon teknikk med forover eller bakover sporing av stier (Alibhai et al. 2008) 17.
Mens det nå er få gjenværende dyktige innfødte trackere er felles innsats blir gjort for å engasjere seg med dem og overføre sine ferdigheter til yngre medlemmer av lokalsamfunnet. Et slikt initiativ, Academy of Ancient Skills, vil bli holdt av N / A'an ku SE Foundation i Namibia. Tilsvarende er den raske veksten av tracker opplæringssertifiseringsprogrammer slik at forskere og amatørnatur å lære disse viktige feltteknikker.
Den nøyaktige manuell posisjonering av landemerke poeng på fotavtrykk bildene er sentralt for nøyaktigheten av teknikken. Igjen, må operatørene være kjent med grunnleggende anatomi av foten og resulterende fotavtrykk. Forfatterne er for tiden forsøker å utvikle automatisering for å minimere det manuelle arbeidet, og bidra til å løse eventuelle bekymringer om standardization tvers av ulike operatører. I mellomtiden er det bare anbefalt at landemerke posisjonering være ansvarlig for en operatør på hvert felt nettsted. Det arbeides med å engasjere statsborger forskere i datafangst og analyse, som enormt vil forsterke felt-program. Til tross for disse dagens begrensninger, har denne programvaren protokollen blitt utplassert i felten for en rekke arter, inkludert svart og hvitt neshorn, Lowland tapir og Amur tiger.
Arbeide med overføringene har en åpenbar begrensning – underlaget må tillate sine klare inntrykk. Delvis utskrifter eller dårlig kvalitet på utskriftene gi tilstrekkelig detalj 32. Men store deler av gepard serien er ideell for fotavtrykk samling, og for små ellers uegnede områder kan det også være mulig å omgå denne begrensningen ved å plassere kunstige sand stier å samle overføringene. Disse fotavtrykk inntrykk pads kan brukes effektivt i kombinasjon med caMera-feller, for eksempel ved kjente gepard merking innlegg / trær. Sporing ferdigheter og lokalkunnskap kan i stor grad hjelpe med å finne og identifisere områder med egnet substrat.
Fordi fotavtrykk identifikasjon teknikk er ikke-invasiv, betyr det ikke forårsake noen forstyrrelser i økologi eller oppførselen til dyret. Mange studier har vist at potensialet og reell risiko for fangst, immobilisering, håndtering og montering av instrumentering, kostnadene som påløper i en slik praksis, og risikoen for å samle upålitelige data 33. Footprint identifikasjon som en teknikk har en annen fordel i bevaring ledelse. Basert på tradisjonelle sporing ferdigheter og kostnadseffektivitet, kan det engasjere tidligere marginaliserte lokalsamfunn i prosessene for bevaring overvåking. Stander 34 og Liebenberg 35 uavhengig adressert og bekreftet bevaringsovervåkings ferdigheter og verdien av å inkludere disse gruppene.
Fremtidig utvikling i fotavtrykket identifikasjon teknikk evne til å overvåke gepard er pågående, og inkluderer feltforsøk for validering med frittgående geparder, bygge aldersklassen algoritmer (herunder endringer i foten morfologi av individer over tid) og underlaget kontroller. Forfatterne undersøker også teknikker i datamaskinen visjon som tillater image-segmentering for å optimalisere nøyaktigheten og konsistensen i merking landemerke poeng.
Siden fotavtrykk er en av de mest utbredte dyr tegn, og ofte mye lettere å finne enn dyrene selv, kunne bredere adopsjon av fotavtrykk identifikasjon være banebrytende i bevaring overvåking. Verdens største vernede terrestriske områder får anslagsvis åtte milliarder fritidsbesøk per år 36. Et flertall av de besøkende nå gjennomføre smartphones. Bruke en app utviklet for WildTrack innsamling av fotavtrykk data vil være enkel og rask og kunne potensielt effect et datasett av enestående utvalgsstørrelse og romlig skala. Med en kostnadseffektiv datainnsamling protokollen, fotavtrykk identifikasjon teknikk tilpasser seg lett til maske inn i noen bevaring verktøykasse. Som et bilde klassifiseringssystemet, er det robust modell kan også ha anvendelse i det medisinske, rettsmedisinske og politi felt (for eksempel anti-krypskyting).
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 |