環境與生態

海牛之歌演算法

藉由分析海牛的叫聲,計算出這種行跡隱密動物的數量。

撰文/龐奇納(Debbie Ponchner)
翻譯/姚若潔

環境與生態

海牛之歌演算法

藉由分析海牛的叫聲,計算出這種行跡隱密動物的數量。

撰文/龐奇納(Debbie Ponchner)
翻譯/姚若潔


生物學家試圖計算哥斯大黎加和巴拿馬的安地列海牛(Antillean manatee)數量,卻碰到極大的挑戰。這種瀕危生物住在混濁水域,根本難見蹤影。生物學家兼電腦科學家黎維拉-奇瓦利亞(Mario Rivera-Chavarria)說道:「我每天沿著巴拿馬的聖聖河(San San River)划來划去,划了兩年船只看到一些鼻子。我聽得到牠們的叫聲,但看不見身影。」


2013年,黎維拉-奇瓦利亞任職於哥斯大黎加大學,他在史密森尼熱帶研究所的同事在巴拿馬的聖聖龐薩濕地展開海牛普查。這個地區位於巴拿馬和哥斯大黎加交界處,聖聖河也流經此區。他們在船上設置側掃聲納,透過水下生物和周遭環境反射的聲波來製作影像。調查結果顯示,海牛族群在18公里長的聖聖河中,某些月份只有2隻,而某些月份高達33隻。


然而,聲納有可能會干擾這些動物,黎維拉-奇瓦利亞想要證明可以用干擾較少的技術進行普查。海牛叫聲具有特徵,人或電腦經訓練後就能夠區分不同個體。黎維拉-奇瓦利亞在小輕艇底下設置水下麥克風,行駛在聖聖河時可以錄下海牛叫聲。現任職於哥斯大黎加國立高科技中心的電腦科學家卡斯楚(Jorge Castro)發展出可以根據錄音自動計算海牛數量的演算法,他使用來自四隻海牛的54個叫聲樣本,證明以這個演算法推估海牛數量的正確率達100%。


演算過程有四個主要步驟:把錄音切分成短片段、消除雜訊、標示出海牛的叫聲、區分不同個體。消除雜訊的步驟最為耗時,為了加快速度,卡斯楚和同事梅內謝斯(Esteban Meneses)動用一部超級電腦。他們把演算法寫成程式語言,透過平行處理讓計算過程加快120倍。這個團隊在去年7月的IEEE生物啟發智慧國際研討會上發表成果。


卡斯楚的團隊計畫下一步要調整這套演算法,用以辨認哥斯大黎加國鳥泥色鶇(clay-colored thrush)的叫聲。哥斯大黎加國家遠距教學大學的生物聲學家瓦爾加斯-馬西斯(Roberto Vargas-Masis)並未參與海牛研究,但是預計參與這項鳥類研究。他評論:「這項科技將能讓我們蒐集並分析大量資料,快速確認特定地區裡是否有這種鳥類。」