Новое ПО стандартизирует сбор данных о больших белых акулах

Отсутствие стандартизированной процедуры сбора данных о таких неуловимых и трудных для обнаружения видах, как большая белая акула, до сих пор серьёзно затрудняло усилия по управлению и защите этих животных.

Морской биолог, прикладной математик и разработчик программного обеспечения из Стелленбошского университета объединили экспертизу для создания специального программного пакета Identifin, который может предложить решение этой проблемы.

Д-р Сара Андреотти, морской биолог факультета ботаники и зоологии, собрала более 5000 фотографий спинных плавников белых акул вдоль побережья ЮАР в рамках своего исследования структуры популяции. Это связано с тем, что задний край спинного плавника имеет уникальный рисунок, аналогичный отпечатку пальца человека.

За шесть лет ей вручную удалось создать базу данных с информацией о том, когда и где была замечена конкретная акула. В тех случаях, когда удавалось взять биопсию, генетическая информация связывалась с её профилем.

Всё это она делала вручную на своём персональном компьютере: «Я чуть не сошла с ума. Я быстро поняла, что в долгосрочной перспективе обновление базы данных будет занимать всё больше времени. Тогда я отправилась в кампус к отделу прикладной математики и попросила о помощи. Я была поражена, когда они пришли в восторг от моих данных».

Профессор Бен Хербст, специалист по машинному обучению, и д-р Питер Хольтсхаузен, инженер-программист, работавший над докторской диссертацией, были буквально в восторге от возможности работать с базой данных д-ра Андреотти.

Д-р Хольтсхаузен объясняет: «Мы использовали алгоритмический метод, называемый динамической трансформацией временной шкалы (dynamic time-warping), для сопоставления «отпечатков». С его помощью можно анализировать любые данные, которые можно превратить в линейную последовательность. Этот метод часто используется в программном обеспечении для распознавания речи».

Разработанное ими ПО для распознавания изображений, Identifin, сравнивает полуавтоматически нарисованный контур заднего края спинного плавника с существующими изображениями в базе данных. Затем изображения в базе данных переупорядочиваются и ранжируются по вероятности совпадения. Если совпадение есть, фотография в базе данных на первой позиции будет правильной.

Однако в работе с морским учёным Майклом Мейером и защитником акул Майклом Рутценом д-р Андреотти поняла, что ПО требует доработки, чтобы соответствовать идее поддержания большой базы данных для долгосрочного мониторинга популяции белых акул.

«Программное обеспечение должно было быстро сопоставлять идентификацию плавника вновь сфотографированной акулы с возможным существующим совпадением в базе данных и автоматически обновлять каталог идентификаторов акул. База данных также должна быть удобной для пользователя и структурированной таким образом, чтобы разные исследователи могли использовать её в долгосрочной перспективе», — объясняет она.

Хотя есть ещё возможности для улучшения, успех первых испытаний вселил надежду, что в ближайшем будущем они смогут использовать Identifin для мониторинга популяций белых акул в больших масштабах.

«Раньше, находясь в море, мне приходилось пытаться запомнить, какая акула есть какая, чтобы не брать пробы у одной и той же особи более одного раза. Теперь это может делать Identifin. Мне нужно будет только загрузить новые фотографии для идентификации с камеры на небольшой полевой ноутбук и запустить ПО, чтобы увидеть, были ли уже взяты пробы у акул, находящихся сейчас вокруг лодки. Зная, у каких акул пробы ещё не брали, мы можем сосредоточить на них сбор биопсии. Это экономит время и деньги на генетическом анализе в лаборатории», — добавляет она.

Д-р Андреотти отмечает, что до сих пор отсутствие стандартизации сбора данных было серьёзным ограничением для объединения наборов данных о видах, распространённых по всему миру: «Мы надеемся, что Identifin предложит решение для разработки южноафриканского, а затем и глобального адаптивного плана управления для больших белых акул».

Следующий шаг — адаптировать Identifin для идентификации других крупных морских видов и помочь другим исследователям, сталкивающимся с аналогичными трудностями.