Jaunumi

VRI ar mikrofonu tīkliem veic pārnadžu uzskaiti

27.11.2020
 

 

Vides risinājumu institūta (VRI) pētnieki savvaļas pārnadžu uzskaitei izmanto pasīvos akustiskos sensorus jeb mikrofonu tīklus, kā ari citas jaunākās tehnoloģijas  –  bezpilota lidaparātus jeb dronus, kameru slazdus un briežu izsekošanu ar GPS raidītājiem. VRI tos izmēģina sadarbībā  ar SIA “Meža īpašnieku konsultatīvais centrs” un Latvijas Valsts mežzinātnes institūtu "Silava".

Staltbrieži, stirnas, aļņi un mežacūkas ir Latvijā mītoši savvaļas pārnadži. Tie ir nozīmīgi un vērtīgi ekosistēmas dalībnieki, taču tie var radīt arī zaudējumus lauksaimniecībā un mežsaimniecībā. Nereti savvaļas dzīvnieki apdraud arī ceļu satiksmes drošību. Eiropā vidēji gada laikā savvaļā dzīvojoši pārnadži nokļūst 750 000 ceļu satiksmes negadījumos.

VRI attīsta inovatīvu metodi šo pārnadžu uzskaitei. Tās mērķis ir rast automatizētu risinājumu dzīvnieku populācijas novērtēšanai, tādējādi iegūstot precīzu informāciju un palīdzot atbildīgajām iestādēm pieņemt lēmumus par dzīvnieku daudzuma kontroli (piemēram, nosakot medījamo dzīvnieku kvotas).

Ar pētījuma gaitu un jaunākajiem secinājumiem iepazīstināja VRI pētnieks Alekss Vecvanags.

Vides risinājumu institūta pētnieks Alekss Vecvanags.

VRI: Iepriekšējā pētniecības periodā (2020. gada jūlijs – septembris) uzsākāt mikrofonu tīklu izmēģinājumus. Kā turpinājusies pārnadžu uzskaites datu ievākšana, izmantojot mikrofonus?

Alekss Vecvanags (A.V.): Līdz 2020. gada oktobra vidum aktīvi vācām datus, izmantojot pasīvos akustiskos sensorus jeb mikrofonu tīklus. Rāmuļu teritorijas mežos tos izvietojām jau vasarā, bet aktīva dzīvnieku skaņu ierakstīšana notika no augusta beigām līdz oktobra vidum. Šādu izvēli izdarījām, jo tas ir dzīvnieku pārošanās periods, kad brieži un aļņi izdveš skaņas, lai pievilinātu mātītes un atbaidītu potenciālos konkurentus. Šobrīd aktīvā datu ievākšanas sezona ar mikrofoniem ir noslēgusies, un plānojam uzsākt darbu pie datu apstrādes un šī procesa automatizācijas. 

Stirna, kameras slazdu datos 2020. gada 21. novembrī. Attēls: Vides risinājumu institūts.

VRI: Kādus mikrofonu veidus izmēģinājāt un kā tie atšķiras?

A.V.: Pētījuma teritorijā izvietojām divu veidu mikrofonus: 3 SM4TS mikrofonus ar triangulācijas iespējām un 9 vienkāršu audio, kurus izvietojām režģī.

Triangulācijas mikrofoni savā starpā ir sinhronizēti ar GPS pulksteni. Tie uztver dzīvnieka radītās skaņas, un pēc laika atšķirībām mēs datos varam aprēķināt dzīvnieka atrašanās vietu. Ja pieņemam, ka zemes virsma ir 2D plakne, tad varam novērtēt skaņas avota atrašanās vietu ar dažu metru precizitāti (10 – 20 m). Precizitāti ietekmē dažādi faktori – temperatūra, gaisa mitrums, reljefs.

Mikrofonu izvietošana režģī nenozīmē, ka tos likām sistemātiskā režģī. Mikrofonus pētījuma teritorijā izvietojām izkliedēti, aptuveni 200 – 300 m attālumā vienu no otra. Šāda pieeja ļauj noklāt lielāku teritoriju, kurā varam ievākt datus par dzīvnieku aktivitāti. Ja daļā mikrofonu briežu bauri ir dzirdami, bet citos nav, tad pēc skaņas intensitātes un mikrofonu lokācijas varam noteikt aptuveno dzīvnieka atrašanās vietu.

Triangulācijas mikrofonu kalibrācija ar mākslīgi radītu skaņu un zināmu skaņas izcelsmes atrašanās vietu. Attēlā nr.1 redzamās baltās līnijas ir aprēķinātās skaņas avota iespējamā atrašanās vieta katram no trim mikrofoniem. Tur, kur tās pārklājas un punkta vērtība ir intensīvākā (baltākā), tur ir lielākā iespējamība, ka ir atradies skaņas avots. Attēls nr. 2: A B un C ir mikrofonu atrašanās vietas, sarkanais punkts ir skaņas avot patiesā atrašanās vieta.

VRI: Kurš no mikrofonu veidiem izrādījies veiksmīgāks un kāpēc?

A.V.: Šobrīd vēl neesam uzsākuši mikrofonu datu apstrādes procesu, bet jau varam izdarīt pirmos secinājumus. Katram no mikrofonu veidiem ir savas priekšrocības un trūkumi.

Režģī izvietoto mikrofonu lielākā priekšrocība ir cena, tie ir krietni lētāki, tāpēc iegādājamies lielākā apjomā un spējām noklāt plašāku teritoriju. Savukārt šo mikrofonu trūkums ir tas, ka tie nav sinhronizēti laikā viens ar otru, kas neļauj noteikt precīzu dzīvnieka atrašanās vietu. Šie mikrofoni sniedz vispārīgu ieskatu par dzīvnieku aktivitāti pētījuma teritorijā, bet ar tiem nav iespējams veikt precīzu indivīdu uzskaiti.

Triangulācijas mikrofonu priekšrocība ir spēja noteikt dzīvnieka atrašanās vietu, tomēr lielāks triangulācijas mikrofonu skaits varētu sniegt vēl precīzāku rezultātu. Ja dzīvnieku iespējams uztvert vairākos mikrofonos, tad samazinās kļūda aprēķinos. Neskatoties uz triangulācijas mikrofonu piedāvāto precizitāti, vērā ņemams faktors ir cena, kas ir ievērojami lielāka nekā režģī izvietotajiem mikrofoniem.

VRI: Kā izvēlējāties mikrofonu tīklu novietojumu?

A.V.: Izvietojuma izvēlē mums ļoti palīdzēja eksperts un Rāmuļu teritorijas meža tehniķis Gvido Prudņikovičs, kurš pārzina šo teritoriju un dzīvnieku aktivitāti tajā. Mikrofonu tīklu izmēģinājumu fāzē mums nepieciešams liels skaņas datu apjoms, kuros dzirdami briežu saucieni, tāpēc bija svarīgi mikrofonu tīklus izvietot teritorijās, kurās ir novērota augsta dzīvnieku aktivitāte. Šāds mikrofonu izvietojums palīdz izprast, kā mikrofonu tīkli darbojas, kā arī uzkrāt dzīvnieku radīto skaņu piemērus, kas nepieciešami datu apstrādes automatizācijas procesā. Datu apstrādes automatizācija ir šī pētījuma nākamais solis. To plānojam īstenot, izstrādājot speciālu algoritmu, kas mikrofonu ierakstītajā skaņas celiņā spētu atpazīt dzīvnieku radītās skaņas, tādējādi mazinot nepieciešamību pēc pētnieka manuāla darba. Algoritms veidojam izmantojot dziļās mašīnapmācības metodes, kurām nepieciešams liels datu apjoms.

Skaņas izplatīšanos ietekmē dažādi faktori – reljefs, veģetācijas tips (piemēram, mežs, pļava, purvs u.c.), temperatūra, gaisa mitrums. Tāpēc šajos pirmajos izmēģinājumos mēs mikrofonus izvietojām 200 – 300 m attālumā vienu no otra, tādējādi nodrošinot dzīvnieka radītās skaņas uztveršanu visos mikrofonos.

Briežu saucienu spektrogrammas akustisko sensoru jeb mikrofonu datos. Video: Vides risinājumu institūts.

VRI: Kāpēc mikrofonu tīklu izmēģinājumus uzsākāt tieši rudenī?

A.V.: Jāņem vērā, ka mikrofonu tīkli strādā citādāk nekā citas šajā pētījumā izmantotās tehnoloģijas. Piemēram, kameru slazdi mežos atrodas visu cauru gadu. Atšķirība ir tā, ka kameru slazdi ir aprīkoti ar kustību sensoriem, kas kontrolē to ieslēgšanos un izslēgšanos. Tādējādi kameras lieki netērē enerģiju un to apsekošana notiek daudz retāk. Savukārt mikrofonus nepieciešams apsekot ik pēc divām nedēļām, jo tie nav aprīkoti ar automātiskas ieslēgšanas sensoriem, un skaņas datu ievākšana notiek bez apstājas. Apsekojumu laikā jāveic gan akumulatoru, gan datu krātuvju manuāla nomaiņa.

Šādā gadījumā ir jāizvērtē šādas tehnoloģijas praktiskums, ja mikrofoni ir jāapseko reizi divās vai trijās nedēļās, tad zūd tehnoloģijas lietderīgums. Šī pētījuma mērķis ir izstrādāt metodi, kas ļautu veikt dzīvnieku uzskaiti automātiski, bez liekas pētnieka klātesamības. Pēc tehnoloģiju testēšanas izdarījām secinājumus, ka periodiska mikrofonu tīklu izvietošana ir piemērotākais risinājums, jo tas ir kā vidusceļš starp pētnieku ieguldīto laiku un datu ievākšanas apjomu. Secinājām, ka piemērotākais datu ievākšanas laiks ir dzīvnieku pārošanās periods, kad aptuveni divus mēnešus gadā dzīvnieki trokšņo visaktīvāk.

Kameras slazdu attēls, kurš uzņemts 2020. gada 20. novembrī Rāmuļu teritorijā. Attēls: Vides risinājumu institūts.

VRI: Kurus pētījumā aplūkotos pārnadžus iespējams uzskaitīt ar mikrofonu tīkliem?

A.V.: Šajā pētniecības sezonā pievērsāmies briežu un aļņu uzskaitei, jo šo divu dzīvnieku pārošanās periods noris vienā laikā un to radītie saucieni skaņas datos ir viegli identificējami un atšķirami.

VRI: Vai šajā pētījumā plānojat atkārtot pasīvo akustisko sensoru tīklu izmēģinājumus?

A.V.: Jā, protams! Šī bija pirmā dzīvnieku skaņas datu ievākšanas kampaņa, kurā izpratām, kā šīs tehnoloģijas strādā. 2020. gada rudens sezonā gūtā pieredze ļaus nākamā gada sezonā veikt pilnvērtīgu datu ievākšanas kampaņu. Tas gan nenozīmē, ka šajā gadā paveiktais ir tikai izmēģinājumi. Esam ieguvuši vairākus terabaitus ar datiem, kuros dzirdami dzīvnieku saucieni, un tiem šajā pētījumā ir reāls pielietojums jau minētajā datu apstrādes automatizācijā.Jā, protams! Šī bija pirmā dzīvnieku skaņas datu ievākšanas kampaņa, kurā izpratām, kā šīs tehnoloģijas strādā. 2020. gada rudens sezonā gūtā pieredze ļaus nākamā gada sezonā veikt pilnvērtīgu datu ievākšanas kampaņu. Tas gan nenozīmē, ka šajā gadā paveiktais ir tikai izmēģinājumi. Esam ieguvuši 1,5 terabaitus ar datiem, kuros dzirdami dzīvnieku saucieni, un tiem šajā pētījumā ir reāls pielietojums jau minētajā datu apstrādes automatizācijā.

VRI: Ko plānojat darīt ziemas periodā?

A.V.: Pašlaik mēs atsākam dronu pārlidojumus virs pētījuma teritorijas. Tā kā tuvākajā laikā plānojam paplašināt kameru slazdu tīklu, tad tā būs teritorija, virs kuras mēs koncentrēsim dronu pārlidojumus. Šāda pieeja mums ļaus pārbaudīt, vai kameru slazdu modeļi un drona pārlidojumu uzskaites dos līdzīgu informāciju par dzīvnieku skaitus.

Drona lidojumus plānojam veikt arī virs briežu dārza, jo mums ir zināms gandrīz precīzs tajā esošo briežu skaits. Tas ļauj izvērtēt, cik indivīdus spējam uzskaitīt drona datos, salīdzinot ar dzīvnieku reālo skaitu dārzā.

Pētījums tiek veikts projekta “IKT balstīta savvaļas dzīvnieku uzskaites pieeja to ilgtspējīgai pārvaldībai” (Nr.1.1.1.1/18/A/146) ietvaros. Projektu atbalsta Eiropas Reģionālās attīstības fonds programmas “Izaugsme un nodarbinātība” 1.1.1. specifiskā atbalsta mērķa “Palielināt Latvijas zinātnisko institūciju pētniecisko un inovatīvo kapacitāti un spēju piesaistīt ārējo finansējumu, ieguldot cilvēkresursos un infrastruktūrā” 1.1.1.1. pasākuma “Praktiskas ievirzes pētījumi” ietvaros.

Vairāk par projektu šeit.

Atpakaļ