VRI pētnieki ar inovatīvām tehnoloģijām detektē un skaita pārnadžus

Vides risinājumu institūta (VRI) pētnieki sadarbībā ar SIA “Meža īpašnieku konsultatīvais centrs” un Latvijas Valsts mežzinātnes institūtu "Silava" izstrādā inovatīvus tehnoloģiskos risinājumus savvaļas pārnadžu uzskaitei.

Staltbrieži, stirnas, aļņi un mežacūkas ir Latvijā mītoši savvaļas pārnadži. Tie ir nozīmīgi un vērtīgi ekosistēmas dalībnieki, bet tajā pašā laikā tie var radīt zaudējumus kā lauksaimniecības, tā mežsaimniecības sektoriem. Nereti savvaļas dzīvnieki apdraud arī ceļu satiksmes drošību. Eiropā vidēji gada laikā savvaļā dzīvojoši pārnadži nokļūst 750 000 ceļu satiksmes negadījumos. Pētījuma laikā Vides risinājumu institūta pētnieki kopā ar sadarbības partneriem attīsta inovatīvu metodi šo pārnadžu uzskaitei. Mērķis ir rast tehnoloģijās balstītu risinājumu dzīvnieku populācijas novērtēšanai, tādējādi palīdzot atbildīgajām instancēm pieņemt lēmumus par dzīvnieku daudzuma kontroli (piemēram, nosakot medījamo dzīvnieku kvotas).

Šobrīd dzīvnieku populācijas novērtēšanai izmanto dažādas standarta metodes – pēdu uzskaite sniegā, dzīvnieku uzskaite barošanās un piebarošanas vietās, ziemas ekskrementu uzskaite, kā arī radīto bojājumu novērtējums. Šīs metodes ir laika un resursu ietilpīgas, turklāt katrai ir savi ierobežojumi. Ir interese saprast, kā dzīvnieku uzskaiti padarīt vienkāršāku un precīzāku, izmantojot inovatīvus un tehnoloģijās balstītus risinājumus. Vides risinājumu institūta vadošais pētnieks Dr. Dainis Jakovels pētījuma nepieciešamību skaidro: “Droni, kameras, sensoru tīkli un datorredze ir mūsdienu risinājumi, kas dod iespēju uzlabot un automatizēt dzīvnieku uzskaites procesu. Ir interese rast vienkāršākus un arī precīzāku risinājumus dzīvnieku uzskaitei. Šajā pētījumā mēģinām izprast katras minētās tehnoloģijas pielietojumu pārnadžu uzskaitei, kā arī izstrādājam jaunu meža dzīvnieku uzskaites pieeju.”

Ir pagājis gads kopš Vides risinājumu institūta pētījuma sākuma. Šajā laikā pētnieki uzsākuši dažādu datu ievākšanas tehnoloģiju un to iespēju izmēģinājumus, lai saprastu, kuras no tām ir piemērotākās precīzai dzīvnieku detektēšanai un to skaita novērtēšanai:

– bezpilota lidaparātu jeb dronu izmantošana ir viena no testējamām metodēm dzīvnieku uzskaitei. Tie aprīkoti ar redzamās gaismas un termālajām kamerām.  Veicot pārlidojumus pār testa teritoriju, abas kameras vienlaicīgi uzņem video. Šāda kameru kombinācija tiek izmantota, lai spētu veiksmīgāk saskatīt savvaļas dzīvnieku uz attēla fona, kas reizēm ir raibs. Tāpēc  tiek izmantoti gan redzamās gaismas, gan termālie attēli. Dzīvnieks uz jebkura fona dabā būs siltākais ķermenis un uzņemtajos attēlos būs redzams kā gaišākais objekts. Dronu izmantošanas galvenā priekšrocība ir iespēja noskenēt plašu teritoriju, iespējams arī 100% interesējošās teritorijas pārklājums. Tomēr galvenais izaicinājums ir mežainas teritorijas, dzīvnieku detektēšana mežainās vietās;

– kameru slazdi ir otra izmēģinātā datu ievākšanas metode. Tās ir statiskas kameras dabā, kas automātiski ieslēdzas tiklīdz to redzes lokā notiek kustība – sava veida novērošanas kameras. Kameru slazdi jau ilgāku laiku tiek lietoti dzīvnieku monitoringam, bet galvenais ierobežojums to plašākam pielietojumam ir datu apstrādes automatizācija. Šajā pētījumā akcents tiek likts uz datu apstrādes automatizāciju, lai izveidotu datorredzes algoritmu, kas automātiski šķiro uzņemtos attēlus un identificē tajā redzamos dzīvniekus. Video uzņemšana dod iespēju analizēt dzīvnieku uzvedību. Kameru slazdu galvenā priekšrocība ir iespēja novērot konkrētu vietu nepārtraukti, bet galvenais izaicinājums ir to pareizs izvietojums, lai iegūtais rezultāts būtu pārvēršams populācijas novērtējumā;

– pasīvo akustisko sensoru jeb mikrofonu tīkls ir trešā testējamā tehnoloģija. Kameru slazdu tīklu plānots papildināt arī ar mikrofonu tīklu, lai iegūtu papildus informāciju par apkārt notiekošo, fona troksni. Dainis Jakovels skaidro ar mikrofoniem ievākto datu iespējas: “Šobrīd tiek testēti dažāda tipa mikrofoni un to ievāktos datus plānots pētīt divos līmeņos, pamatā mēģinot noteikt dzīvnieku klātbūtni pēc konkrētās skaņas, ko rada dzīvnieks. Papildus tam skaņa sniedz informāciju par apkārtējo vidi, iespējams novērtēt tās dabiskumu, cilvēka klātbūtnes iespaidu.”

– dzīvnieku GPS izsekošana ir references metode, kas tiek izmantota ieriekš minēto bezkontakta datu ievākšanas tehnoloģiju validēšanai. Projekta ietvaros plānots aprīkot ar GPS raidītājiem četrus staltbriežus. 2020. gada martā izdevās noķert un uzlikt siksnu ar raidītāju trīs briežu indivīdiem. GPS siksnu nepieciešamību Dainis Jakovels skaidro: “Sekojot apsiksnoto dzīvnieku pārvietošanās ceļiem, iespējams salīdzināt citu pētījumā izmantoto tehnoloģiju datu rezultātu patiesumu. Piemēram, pārliecināties vai kameru slazds iedarbojās, kad attiecīgajā vietā atradās apsiksnotais dzīvnieks. Papildus mēs iegūstam jaunas zināšanas par staltbriežu uzvedību, dzīvotņu izvēli.”

– Latvijas Valsts mežzinātnes institūts "Silava" pētījuma laikā veic savvaļas dzīvnieku uzskaiti arī ar standarta populācijas novērtēšanas metodēm – pēdu uzskaiti sniegā, ziemas ekskrementu uzskaiti un dzīvnieku radīto bojājumu novērtēšanu. Tās ļauj salīdzināt metožu precizitāti un sniedz papildu informāciju par ietekmi, kādu dzīvnieki rada uz apkārtējo vidi.

Par izpētes laikā paveikto Dainis Jakovels saka: “Aizvadītajā izpētes periodā izmēģinātas dažādas dzīvnieku uzskaites metodes. Saliekot kopā visus iegūtos datus, mēs varēsim saprast, kā katra no šīm metodēm strādā, kādas ir priekšrocības un trūkumi. Nākamajā solī plānots automatizēt datu apstrādi, lai attīstītu automatizētu dzīvnieku populācijas novērtējuma metodi, kas būs pielietojama dažādās interesējošās teritorijās.”

Dzīvnieku uzskaites metožu izpētes procesā pētnieki izmēģinājuši ne tikai dažādas metodes, bet arī dažādus tehniskos risinājumus. Piemēram, lai piemeklētu atbilstošāko kameru slazdu risinājumu, izmēģināti 3 dažādi kameru veidi. Kameras atšķiras ar datu ieraksta aktivizācijas veidu un reaģēšanas ātrumu.

Par pētījuma pilot teritoriju izvēlēts briežu dārzs un atvērta mežaina teritorija Cēsu pusē. Pilota teritoriju izvēli skaidro Dr. Jakovels: “Šī slēgtā teritorija pētījumā strādā kā izmēģinājumu laboratorija dabā. Tā ir maza noslēgta teritorija ar aptuveni zināmu dzīvnieku skaitu, kas ļauj mums izmēģināt pētījumā izmantotās tehnoloģijas un dzīvnieku uzskaites metodes. Tā varam ievāktu datus tehnoloģiju izmantošanas apmācībām un vērtēt, cik bieži un cik lielu procentu tur atrodamo dzīvnieku mēs regulāri spējam uzskaitīt. Blakus atrodas atvērta mežaina teritorija, kur tālāk pārbaudīt notestētās metodes dabīgos apstākļos.” Projekta pirmajā ciklā lielāks akcents tiek likts uz tehnoloģiju testēšanu slēgta tipa teritorijā, bet turpinājumā paredzēts pārnest izveidotās iestrādnes uz atvērta tipa dabīgu teritoriju, kas kalpos kā demonstrācijas modelis topošajai pieejai pārnadžu uzskaitei.

Pavasara un vasaras izpētes sezonā VRI pētnieki pievērsīsies iegūto datu apstrādei, kur galvenais mērķis ir saprast, kā iespējams automatizēt dzīvnieku detektēšana un atpazīšanas procesu ievāktajos attālās izpētes datos. Ievākto datu apjoms ir pārāk liels, lai manuāla datu apstrāde tiktu uzskatīta par efektīgu risinājumu.

Kā datu apstrādes izaicinājumus Dr. Jakovels min: “Pirmais uzdevums ir datu filtrēšana – atrast un saglabāt kadrus ar dzīvnieka klātbūtni. Gan drona, gan kameru slazdu datos ir daudz tukšo kadru. Nākamajā solī jāsaprot, kā varam izdalīt dzīvnieku uz bieži vien raibā fona. Jāmin, ka dzīvnieki nav pieraduši iepozēt kamerām. Visbeidzot jāsaprot arī, kā varam atšķirt dažādu sugu indivīdus. Video jeb attēlu laikrinda sniegs mums arī papildus iespēju analizēt dzīvnieku uzvedību datu uzņemšanas brīdī, kas ir interesants aspekts pieejas tālākai attīstīšanai.”

Līdz šim ievāktajos video un skaņas materiālos pētnieki novērojuši arī to, kā dzīvnieki reaģē uz izpētē izmantotajām tehnoloģijām. Kā vienu no piemēriem VRI pētnieki min kameru slazdu gadījumu, kad vienā novērošanas punktā novietotas divas slazdu kameras ar atšķirīgu reakcijas ātrumu (brīdis cik ilgs laiks paiet no kustības reģistrēšanas brīža līdz video ieraksta sākumam). Kamera ar īsāko reakcijas ātrumu ierakstījusi video, kurā redzams kā stirna reaģē uz otrās kameras ieslēgšanās brīdi. Kamerai ieslēdzoties, var novērot, ka dzīvnieks pamana kādas izmaiņas.

VRI pētnieki uzskata, ka izmantojot pētījuma rezultātus būs iespējams arī modelēt dzīvnieku dzīvotnes, kas palīdzētu plānot dzīvnieku uzskaiti citās teritorijās un novērtēt konkrētās vietas kapacitāti. Tas izdarāms apvienojot divas datu kopas:

– pētījuma datu ievākšanas un apstrādes procesā ievākto informāciju par dzīvnieku atrašanās vietu (kādos brīžos un kur dzīvnieki uzskaitīti);

– datus par konkrēto teritoriju – zemes seguma veidiem (mežs, atklāta vieta, pļava, lauksaimniecības zeme u.c.).

Projekts “IKT balstīta savvaļas dzīvnieku uzskaites pieeja to ilgtspējīgai pārvaldībai” (Nr.1.1.1.1/18/A/146) tiek īstenots Eiropas Reģionālās attīstības fonda projekta “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.