生物學家試圖在哥斯大黎加和巴拿馬統計瀕危的安的列斯海牛,他們面臨著一個重大挑戰:這些動物生活在渾濁的水域中,幾乎不可能看到它們。“我每天在[巴拿馬的]聖聖河上來回划船兩年,但我只看到了一些鼻子,”生物學家兼計算機科學家馬里奧·里維拉-查瓦里亞說。“我可以聽到它們的聲音,但我從未見過它們。”
2013年,當時在哥斯大黎加大學(UCR)的里維拉-查瓦里亞和他在史密森熱帶研究所的同事在巴拿馬的聖聖龐德薩克溼地(一個與哥斯大黎加接壤幷包括聖聖河的地區)啟動了一項海牛普查。該團隊使用一艘配備側掃聲納的船隻(透過將聲波從水下動物及其環境反射來產生影像),估計聖聖河18公里長的河段中的海牛數量在某些月份低至兩隻,在另一些月份則高達33只。
但是聲納可能會對這些動物造成干擾,因此里維拉-查瓦里亞想證明可以使用一種侵入性較小的技術進行普查。海牛的發聲具有特定的特徵,可以讓訓練有素的耳朵或計算機區分不同的個體。里維拉-查瓦里亞在他划著皮划艇沿著聖聖河向下遊划行時,用懸掛在他皮划艇上的水下麥克風記錄了動物的叫聲。他的同事豪爾赫·卡斯特羅(Jorge Castro)是一位計算機科學家,現在在哥斯大黎加國家高科技中心工作,他開發了一種演算法,可以根據錄音自動計數海牛。卡斯特羅使用屬於四隻不同海牛的54個叫聲樣本表明,他的演算法是100%準確的。
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該演算法將過程分為四個主要步驟:將錄音切成短塊、消除噪聲、標記海牛的叫聲以及按個體對叫聲進行聚類。噪聲消除步驟需要最長的時間來處理;為了加快速度,卡斯特羅和他的同事埃斯特萬·梅內塞斯使用了一臺超級計算機。他們將該演算法翻譯成一種程式語言,使他們能夠並行執行任務,從而使處理速度提高了120倍,該團隊於去年7月在IEEE國際生物啟發智慧工作會議上報告了這一結果。
接下來,卡斯特羅和他的團隊計劃調整該演算法,以識別哥斯大黎加國鳥赭色鶇的叫聲。哥斯大黎加國立遠端教育大學的生物聲學專家羅伯託·巴爾加斯-馬西斯(Roberto Vargas-Masís)沒有參與海牛研究,但計劃參與鳥類研究,他說:“這項技術將使我們能夠收集和分析大量資料,並非常快速地確定該物種是否在特定區域存在。”