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 (Acinonyxjubatus) är Afrikas mest hotade felid och räknas som sårbar med en minskande befolkningsutveckling av IUCN rödlista över hotade arter 1. Den globala gepard befolkningen uppskattas till mellan 7-10,000 personer 1 och Namibia är erkänd som den största fäste för frigående gepard, med kanske mer än en tredjedel av världens befolkning 4,6,7. Befolkningsskattningar för södra Afrika 2007 placerade Namibias gepard befolkningen i 2000 med den näst närmaste intervallet tillstånd Botswana med 1800, följt av Sydafrika (550), Zimbabwe (400), Zambia (100), Moçambique (<5). Flera stater var Icke bedömda 7.
Namibiska myndigheterna har ett tydligt visionen om "Säkra, livskraftiga gepard populationer inom en rad olika ekosystem som framgångsrikt samexistera med, och värderas av, folk Namibia." Emellertid boskapoch spel jordbruk är större markanvändningen i Namibia 8,9 och markägare regelbundet fånga och döda gepard på deras egenskaper i ett försök att minska predation av boskap eller värdefulla djur. Mer än 1.200 Gepard avlägsnades 1991-2006, men inte alla sådana "uttag" registrerades 10. Dessutom finns det en debatt om huruvida detta är en effektiv lösning på jordbrukare-gepard konflikten. Avlägsnandet av djur uppfattas som orsakar konflikter, genom att döda eller translokation kan vara mindre effektiva än lindring av konflikter med andra medel, såsom bättre skydd boskap 11. Publicerad priser för överlevnad för 12 månader efter translokation har varierade från 18% 11 till 40% 12.
Samla tillförlitliga uppgifter om antal, identitet och distribution av gepard i Namibia är nyckeln till att ta itu med människocheetah konfliktsituationer. Aktuell gepard övervakningsteknik sträcker sig från riktade frågeformulär från Namibian ministeriet för miljö och turism till intressenter 4 till opportunistiska observationer av turister och regeringen rapporterar 4, användning av kamerafällor 13, GPS eller VHF kragar 10,14, bonde intervju undersökningar 8, och även fläckmönster 15. Det är dock svårt att jämföra effektiviteten av dessa tekniker utan en gemensam riktmärke eller kvantifiering av undersökningsintensiteten. Var och en har begränsningar; GPS-satellit och VHF kragar är dyra och ofta opålitliga, riktade frågeformulär har begränsad omfattning, och kamerafällor har begränsad räckvidd.
Uppskattningar som produceras av dessa olika metoder varierar kraftigt. Marker et al. 10 betonades behovet av en mer samordnad strategi. En mängd olika metoder har använts på jordbruksmarker för att uppskatta cheetah befolkningstäthet, och dessa har producerat en rad uppskattningar. Till exempel, en radio-telemetri studie uppskattade 2,5 (± 0,73) geparder / 1000 km <sup> 2 medan en kamera-fälla studie uppskattade 4,1 (± 0,4) geparder / 1000 km 2 (al. Marker et 2007). Denna variation belyser problemet med att använda olika metoder för att beräkna densiteten, men hittills har ingen enda effektiva, repeterbar teknik har identifierats som skulle kunna användas i hela det breda spektrum av livsmiljöer som geparder bor i Namibia. Detta är fortfarande ett problem för effektiv gepard övervakning och bevarande.
Denna utmaning utlöste utvecklingen av en robust, kostnadseffektiv och flexibelt verktyg för att övervaka gepard. Fotavtrycket identifieringsteknik utvecklades först för svarta noshörningen 16 och därefter anpassat för ett brett spektrum av arter, inklusive vit noshörning 17, Amur tiger 18, puma 19, och andra.
Olika studier har visat att det är möjligt att använda fotspår för att identifiera stora rovdjur varje art, individer och kön. Processenhar utvecklats från enkla formen beskrivning av fotavtryck 20 till en jämförelse av mätningar 21, statistisk analys av en eller flera mätningar 16,17,22-30 och forma analys 31 .Dessa ansträngningar har haft varierande framgång, till stor del beroende på noggrannheten i den datainsamling och analytiska processer, och antalet försöksdjur som används för att utveckla utbildningsdatamängder. Det finns flera praktiska fördelar med att använda fotspår. Den första är att bilder kan samlas tillsammans med andra icke-invasiva metoder (t.ex. kamera-svällning, DNA samling från hår / avföring, etc.) med mycket liten extra ansträngning eller kostnad. För det andra, fotspår är, där substrat tillstånd, den mest utbredda tecken på djur aktivitet.
Fotavtrycket identifieringsteknik är den första robust fotavtryck identifiering teknik som beskrivits för gepard och är tillämplig på varje plats där fotspår hittas. Fotavtryck måste vara sufficiently definierad att tårna och hälen på bläck syns tydligt med blotta ögat. Fält operatörer måste bekanta sig med den grundläggande anatomi gepard foten och kunna identifiera utskrifter i området av intresse, och skilja dem från utskrifter av andra Sympatric stora rovdjur. Tekniken kan antingen användas som en folkräkning teknik (t.ex. hur många geparder representeras av fotspår samlas?) Eller som ett verktyg för att övervaka enskilda individer. Fotspår kan också användas som "varumärken" i mark-återfångst analyser med hjälp av teknik för att identifiera individer, och sedan beräkna lokala tätheter av arten. Datainsamlingen kräver endast en grundläggande digital kamera och skala.
Detta dokument beskriver den teoretiska tillämpningen av fotavtryck identifieringsteknik och dess potential som en ny kostnadseffektiv, samhälls vänlig inställning till övervakning, och därmed hjälpa till att bevara gepard. Nästa steg i den bredare tillämpning av verktyget kommer att vara mer omfattande fälttester med gepard befolkningen i avståndsområden.
Fotavtrycket identifieringsteknik skiljer sig från tidigare försök att identifiera individer från fotspår i flera viktiga avseenden; ett standardiserat och rigorös fotavtryck samling protokoll, en strömlinjeformad grafiskt användargränssnitt programvara, orientering och optimering av bilder före analys, och en ny statistisk modell för klassificering.
Det finns flera viktiga åtgärder som krävs för att lyckas med protokollet. Först måste sand spår beredas korrekt och djuret ledde över sanden på en normal avslappnad promenadtakt. När avbildning fotspår, den photographer måste vara direkt overhead centrum av trycket. Ofta är det bra att ha en observatör för att kontrollera detta. Slutligen är det mycket viktigt att fotografen (eller en assistent, som kan vara en expert tracker) kunna identifiera en gepard fotavtryck på marken, och har förmågan att spåra spår av fotspår framåt eller bakåt längs linjen av resor .
Spårnings kunskaper är nödvändiga för ett effektivt fortsatta genomförandet av denna teknik för övervakning av okända eller frigående geparder. En bristande skicklighet kan leda till insamling av otillräckligt väldefinierade fotspår eller förvirring mellan spår av olika djur som kan reser tillsammans. Det sistnämnda är särskilt viktigt för geparder, där unga män bildar ibland koalitioner av 3 eller flera djur som rör sig tillsammans. Emellertid har denna oro tagits upp för en annan social art, den vita noshörningen, där grupper på upp till 13 personer som rör sig tillsammans var korrekt identirats av fotavtrycket identifieringsteknik med hjälp av framåt eller bakåt spårning av spår (Alibhai et al. 2008) 17.
Även om det nu finns några kvarvarande expertursprungs trackers är gemensamma ansträngningar som görs för att ta kontakt med dem och överföra sina kunskaper till yngre medlemmar av deras gemenskap. Ett sådant initiativ, Academy of Ancient färdigheter, kommer att ledas av N / a'an ku sE Foundation i Namibia. På samma sätt är den snabba tillväxten av tracker utbildning certifieringsprogram som gör det möjligt forskare och amatör naturforskare att lära sig dessa viktiga fälttekniker.
Den exakta manuell positionering av landmärke punkter på fotavtryck bilder är av central betydelse för riktigheten i tekniken. Återigen måste operatörerna vara bekant med grundläggande anatomi av foten och resulterande fotavtryck. Författarna närvarande försöker utveckla automatisering för att minimera det manuella arbetet, och bidra till att lösa eventuella problem om standardization mellan olika operatörer. Under tiden är det helt enkelt rekommenderas att landmärke positionering att ansvara för en operatör vid varje fält webbplats. Ansträngningar görs för att engagera medborgare forskare i avskiljning och analys av data, som enormt kommer att förstärka fält ansökan. Trots dessa nuvarande begränsningarna, har denna programvara protokoll framgångsrikt användas på fältet för en rad arter, inklusive svart och vit noshörning, Lowland tapir och Amur tiger.
Arbeta med fotspår har en tydlig begränsning – underlaget skall möjliggöra deras tydliga intryck. Partiella utskrifter eller dålig kvalitet utskrifter ger otillräcklig detalj 32. Men stora delar av gepard intervall är idealiska för fotavtryck insamling, och för små annars olämpliga områden det även vara möjligt att kringgå denna begränsning genom att placera konstgjorda sand spår att samla fotspår. Dessa fotavtryck Intryck dynor effektivt kan användas i kombination med caMera-fällor, till exempel på kända gepard märkning inlägg / träd. Spårning kompetens och lokalkännedom kan vara till stor hjälp för att lokalisera och identifiera områden av lämpligt substrat.
Eftersom fotavtrycket identifierings tekniken är icke-invasiv, betyder inte medföra störningar för ekologin eller beteende hos djuret. Många studier har visat att potentialen och verklig risk för infångning, immobilisering, hantering och montering av instrument, den kostnad som uppstår i sådana metoder, och risken för att samla in tillförlitliga uppgifter 33. Fotavtryck identifiering som en teknik har en annan fördel i naturvårdsförvaltning. Baserat på traditionella spårning färdigheter och kostnadseffektivitet, kan det engagera tidigare marginaliserade lokalsamhällen i processerna bevarande övervakning. Stander 34 och Lieben 35 oberoende behandlas och intygas bevarande övervaknings kompetens och värde att inkludera dessa grupper.
Den framtida utvecklingen inom teknik kapacitet för att övervaka gepard fotavtryck identifiering pågår, och inkluderar fält försök för validering med frigående geparder, bygga ålders klass algoritmer (inklusive förändringar i foten morfologi av individer över tid) och substrat kontroller. Författarna undersöker också metoder i datorseende som gör att bildsegmentering för att optimera noggrannhet och konsekvens i märkning landmärke punkter.
Eftersom fotavtryck är ett av de mest utbredda djurtecken, och ofta mycket lättare att hitta än djuren själva, kan mer omfattande användning av fotavtryck identifiering vara omvälvande i bevarande övervakning. Världens största skyddade landområden får uppskattningsvis åtta miljoner fritids besök per år 36. En majoritet av besökarna nu bär smartphones. Using an app utvecklas för WildTrack insamling av fotavtryck data kommer att vara enkelt och snabbt och kunde potentiellt effect en datamängd enorm provstorleken och rumslig skala. Med en kostnadseffektiv datainsamling protokollet anpassar fotavtryck identifieringsteknik lätt att maska i någon bevarande verktygslåda. Som en bild klassificeringssystemet, det är robust modell kan även ha tillämpning inom medicin, rättsmedicin, och brottsbekämpande fält (t.ex. anti-tjuvjakt).
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 |