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禿鷲和人工智能作為死亡探測器：野生動物研究和保護的高科技方法

禿鷲


禿鷲和人工智能作為死亡探測器：野生動物研究和保護的高科技方法


禿鷲的棲息地景觀 |合成圖像 。照片由 Jon A. Juarez 提供
據柏林研究基金會（FVB）：為了利用遠程位置記錄和評估野生動物的行為和環境條件，GAIA倡議開發了一種人工智能（AI）算法，該算法使用動物標簽數據對白背禿鷲的行為進行可靠和自動的分類 。
作為食腐動物，禿鷲總是尋找下一具尸體 。在標記動物和第二種人工智能算法的幫助下，科學家們現在可以在廣闊的土地上自動定位尸體 。
因此，《應用生態學雜志》最近發表的一篇文章中描述的算法是預警系統的關鍵組成部分，可用于快速可靠地識別環境中的關鍵變化或事件，如干旱、疾病爆發或非法殺害野生動物 。
GAIA倡議是研究機構、保護組織和企業的聯盟，旨在為環境變化和關鍵生態事件創建一個高科技預警系統 。新的人工智能算法是由萊布尼茨動物園和野生動物研究所（Leibniz IZW）與弗勞恩霍夫集成電路研究所IIS和柏林Tierpark合作開發的 。
野生動物的死亡是生態系統中的一個重要過程 ， 無論這是正常情況，如成功獵殺捕食者，還是野生動物疾病爆發、環境毒素污染景觀或人們非法殺害造成的特殊情況 。
因此 ， 為了調查哺乳動物物種群落和生態系統，系統地記錄和分析這些常見和特殊的死亡病例非常重要 。為了實現這一目標，GAIA倡議利用了白背禿鷲（非洲吉普賽人）的自然能力，結合高度發達的生物記錄技術和人工智能 。
萊布尼茲IZW的GAIA項目負責人兼科學家Jörg Melzheimer博士說：“動物、人類和人工三種形式的智能的結合是我們新I³方法的核心，我們的目標是利用野生動物對生態系統的深刻認識 ?！?。
禿鷲經過數百萬年的進化，完全適應了快速可靠地檢測廣闊景觀中的尸體 。他們有出色的視力和復雜的溝通能力，使他們能夠在許多人一起工作時監控非常大的土地 。因此 ， 禿鷲通過清理腐肉和遏制野生動物疾病的傳播，發揮了重要的生態作用 。
“對我們這些野生動物保護科學家來說，禿鷲作為哨兵的知識和技能對于能夠快速識別有問題的特殊死亡病例并采取適當的應對措施非常有幫助，”萊布尼茨IZW的GAIA項目負責人Ortwin Aschenborn博士和Melzheimer說 。“為了使用禿鷲知識，我們需要一個界面——在GAIA，這個界面是通過將動物標簽與人工智能相結合而創建的 ?！?br>納米比亞GAIA裝備的白背禿鷲的動物標簽記錄了兩組數據 。GPS傳感器在特定時間點提供被標記個人的確切位置 。所謂的ACC傳感器（ACC是加速度的縮寫）同時存儲標簽的詳細運動曲線，從而存儲動物沿三個空間軸的運動曲線 。Leibniz IZW開發的人工智能算法使用了這兩組數據 。
“每種行為都由特定的加速模式表示，從而在傳感器的ACC數據中創建特定的特征，”萊布尼茲IZW的野生生物學家和人工智能專家Wanja Rast解釋道 。
“為了識別這些特征并將其可靠地分配給特定的行為，我們使用參考數據訓練了一個人工智能 。這些參考數據來自我們在柏林Tierpark安裝了標簽的兩只白背禿鷲，以及在納米比亞安裝標簽的27只野生禿鷲 ?！?br>除了來自標簽的ACC數據外 ， 科學家們還記錄了動物行為的數據——在動物園通過視頻記錄，在野外觀察被標記的動物 。
Rast解釋說：“通過這種方式，我們獲得了大約15000個ACC特征的數據點，這些特征歸因于經過驗證的特定禿鷲行為 。這些行為包括主動飛行、滑翔、躺著、進食和站立 。這些數據集使我們能夠訓練所謂的支持向量機，這是一種人工智能算法，可以將ACC數據高度可靠地分配給特定的行為 ?！?。
在第二步中，科學家們將由此分類的行為與標簽中的GPS數據相結合 。他們使用空間聚類算法，確定了某些行為更頻繁發生的位置 。通過這種方式，他們獲得了禿鷲覓食的空間和時間精細分辨的位置 。
Aschenborn說：“GAIA現場科學家及其現場合作伙伴能夠驗證從傳感器數據中得出的500多個疑似胴體位置，以及1300多組其他非胴體行為 ?！?。
經過現場驗證的尸體位置最終用于在科學家的最終人工智能訓練數據集中建立禿鷲覓食地點的特征——該算法以高精度指示動物最有可能死亡和尸體在地上的位置 。
Aschenborn說：“我們可以以令人印象深刻的92%的概率預測尸體位置，從而證明一個結合禿鷲行為、動物標簽和人工智能的系統對于大規模監測動物死亡率非常有用 。” 。
這種基于人工智能的行為分類、胴體檢測和胴體定位是GAIA環境關鍵變化或事件預警系統的關鍵組成部分 。Melzheimer說：“到目前為止 ， 這一方法步驟是在柏林萊布尼茨工業區的GAIA I³數據實驗室進行的 。” 。
“但是，隨著我們聯盟開發的新一代動物標簽的出現 ， 人工智能分析直接在標簽上實現 。這將提供關于動物尸體是否以及在哪里的可靠信息，而無需事先實時傳輸數據，不會浪費任何時間 ?！?br>不再需要傳輸所有GPS和ACC原始數據 ， 從而允許以顯著較低的帶寬進行數據通信以傳輸相關信息 。這使得使用衛星連接而不是地面GSM網絡成為可能，即使在完全獨立于當地基礎設施的偏遠荒野地區，也能保證覆蓋范圍 。
即使在最偏遠的地方，也可以毫不拖延地發現環境中的關鍵變化或事件，如疾病爆發、干旱或非法殺害野生動物 。
近幾十年來，許多禿鷲物種的數量急劇下降，現在正面臨滅絕的嚴重威脅 。主要原因是人類塑造的景觀中棲息地和食物的喪失，以及大量直接或間接的中毒事件 。
例如，白背禿鷲的數量在短短三代人的時間里下降了約90%，相當于每年平均下降4% 。Aschenborn說：“由于禿鷲的生態重要性和快速衰退，為了保護它們，必須大幅提高我們對禿鷲的認識和理解 ?！?。
“我們使用基于人工智能的分析方法進行的研究不僅將為我們提供對生態系統的見解 。它還將增加我們對禿鷲如何交流、互動和合作、覓食、繁殖、養育幼崽以及將知識代代相傳的了解 ?！?br>到目前為止，GAIA已經為非洲不同地區的130多只禿鷲安裝了標簽，其中大多數在納米比亞 。科學家們分析了9500多萬個GPS數據點和130億條ACC記錄 。