Sledovanie nočnej migrácie vtákov podľa zvuku

Sledovanie nočnej migrácie vtákov podľa zvuku

Skupina výskumníkov z New York University a Cornell Lab of Ornitology pomáha sledovať nočné migračné vzorce vtákov tým, že učí počítač rozpoznávať ich letové hovory.

Technika nazývaná akustické monitorovanie existuje už nejaký čas, ale vývoj pokročilých počítačových algoritmov môže výskumníkom poskytnúť lepšie informácie, než aké zbierali v minulosti.



„Chceme vykonať čo najviac rôznych druhov meraní,“ hovorí Andrew Farnsworth zo spoločnosti Cornell Lab z ornitológie . „Úvodný bod prechodu od človeka k počítaču je o premýšľaní o týchto zvukoch z hľadiska frekvencie a času a o tom, ako ich merať v čoraz väčšom detaile a vkladať tieto informácie do modelov počúvania stroja.“

„Na senzoroch je detektor spektrálnej šablóny, ktorý skenuje zvuk, keď prichádza, a kontroluje potenciálne zhody,“ vysvetľuje Justin Salamon z NYU, jeden zo spolupracovníkov na projekte. 'Keď je identifikovaná potenciálna zhoda, zachytí približne jednu sekundu tohto zvuku sústredeného okolo detekcie a odošle ju cez server.'

Letové hovory sa líšia od spevu vtákov. Vtáčí spev sa skladá z mnohých rôznych nôt navlečených dohromady. Letové hovory sú jednotlivé poznámky, takmer výlučne dlhé menej ako sto milisekúnd. Výskumníci „učia“ stroj rozpoznať tieto hovory tým, že mu poskytnú veľkú zbierku nahrávok.

Potom použijú to, čo sa nazýva „učenie funkcií bez dozoru“, čo znamená, že nepovedia algoritmu, čo má hľadať. Skôr tým, že počítač poskytne veľké množstvo príkladov, vytvorí štatistický model špecifických vzorov, ktoré sú reprezentatívne pre určitý druh.

Konečným cieľom je byť schopný pomenovať tieto nočné migrujúce druhy a urobiť to automatizovaným spôsobom v reálnom čase, aby sme pochopili biológiu - akustickú komunikáciu - a použili ju na ochranu.

Práve teraz vedci používajú dva zdroje informácií, keď sa snažia pochopiť migračné vzorce. Prvým sú pozorovatelia vtákov – veľa ľudí sleduje vtáky po celej krajine. Cornellovi sa darilo zhromažďovať informácie od vedcov, ktorí pomáhajú kategorizovať výskyt určitých druhov podľa miesta a času. Ale tieto pozorovania sa väčšinou robia cez deň a migrácie sa často vyskytujú v noci.

Druhým zdrojom je prehľadový radar, ale ten môže ukázať iba hlasitosť, rýchlosť a smer migrácie. Radar nehovorí nič o druhovom zložení danej migrácie. Akustické monitorovanie by mohlo odhaliť chýbajúci kúsok tejto skladačky a povedať výskumníkom niečo o presnom druhovom zložení migrácie v konkrétnom čase a mieste, hovorí Juan Pablo Bello, docent hudobnej technológie a elektrotechniky a počítačového inžinierstva a riaditeľ Hudobné a zvukové výskumné laboratórium na NYU.

'Biológovia v projekte sa zaujímajú o lepšie pochopenie migračných vzorcov pre druhy vtákov naprieč kontinentálnym USA,' vysvetľuje Bello. „Konkrétne sa pozerajú na dve veci. Prvým je presne pochopiť začiatok migrácie v rôznych ročných obdobiach; a tiež porozumieť kompozícii migračných letov, ktoré sa začali počas týchto časových období.“

Akustické monitorovanie vtákov lietajúcich v noci je akýmsi zvukovým ekvivalentom hľadania ihly v kope sena. Počítač musí rozpoznať letové volanie vtáka v rámci všetkých zvukov pozadia a oddeliť ho od iných podobných zvukov. Volanie pružinového kukadla, iného vtáka alebo dokonca mechanický zvuk, ako je alarm batérie, všetky môžu mať veľmi podobné frekvenčné vzorce, ktoré sa prelínajú v jednej nahrávke.

Je to oveľa ťažšia úloha ako požiadať Siri o cestu k najbližšiemu Starbucks. „Zdroje hovorenia a hovorený obsah sú zásadne odlišným problémom ako umiestnenie mikrofónu vonku, kde máte signál, ktorý je pravdepodobne veľmi, veľmi ďaleko od mikrofónu a je veľmi slabý v akustickom prostredí,“ vysvetľuje Bello.

'Potom máte všetky druhy podmienok na pozadí - hluk z vetra, dažďa, iných druhov, ľudskej činnosti,' dodáva. „Schopnosť rozoznať zvuky v týchto veľmi komplikovaných a zložitých prostrediach je výzvou, ktorú váš telefón momentálne nedokáže vyriešiť, a my sa ju snažíme riešiť pomocou tejto technológie.“

— Adam Wernick (pôvodne uverejnený na PRI.org )