生物学家试图在哥斯达黎加和巴拿马统计濒危的安的列斯海牛,他们面临着一个重大挑战:这些动物生活在浑浊的水域中,几乎不可能看到它们。“我每天在[巴拿马的]圣圣河上来回划船两年,但我只看到了一些鼻子,”生物学家兼计算机科学家马里奥·里维拉-查瓦里亚说。“我可以听到它们的声音,但我从未见过它们。”
2013年,当时在哥斯达黎加大学(UCR)的里维拉-查瓦里亚和他在史密森热带研究所的同事在巴拿马的圣圣庞德萨克湿地(一个与哥斯达黎加接壤并包括圣圣河的地区)启动了一项海牛普查。该团队使用一艘配备侧扫声纳的船只(通过将声波从水下动物及其环境反射来产生图像),估计圣圣河18公里长的河段中的海牛数量在某些月份低至两只,在另一些月份则高达33只。
但是声纳可能会对这些动物造成干扰,因此里维拉-查瓦里亚想证明可以使用一种侵入性较小的技术进行普查。海牛的发声具有特定的特征,可以让训练有素的耳朵或计算机区分不同的个体。里维拉-查瓦里亚在他划着皮划艇沿着圣圣河向下游划行时,用悬挂在他皮划艇上的水下麦克风记录了动物的叫声。他的同事豪尔赫·卡斯特罗(Jorge Castro)是一位计算机科学家,现在在哥斯达黎加国家高科技中心工作,他开发了一种算法,可以根据录音自动计数海牛。卡斯特罗使用属于四只不同海牛的54个叫声样本表明,他的算法是100%准确的。
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该算法将过程分为四个主要步骤:将录音切成短块、消除噪声、标记海牛的叫声以及按个体对叫声进行聚类。噪声消除步骤需要最长的时间来处理;为了加快速度,卡斯特罗和他的同事埃斯特万·梅内塞斯使用了一台超级计算机。他们将该算法翻译成一种编程语言,使他们能够并行执行任务,从而使处理速度提高了120倍,该团队于去年7月在IEEE国际生物启发智能工作会议上报告了这一结果。
接下来,卡斯特罗和他的团队计划调整该算法,以识别哥斯达黎加国鸟赭色鸫的叫声。哥斯达黎加国立远程教育大学的生物声学专家罗伯托·巴尔加斯-马西斯(Roberto Vargas-Masís)没有参与海牛研究,但计划参与鸟类研究,他说:“这项技术将使我们能够收集和分析大量数据,并非常快速地确定该物种是否在特定区域存在。”