L'apprentissage automatique rationalise la détection des vocalisations d'éléphants de forêt d'Afrique

0
16

Un modèle de réseau neuronal réduit de 98% la quantité de données audio nécessitant une inspection humaine

24 juillet 2020
Pour diffusion immédiate

Contact: Heidi Swanson, (202) 833-8773 ext. 211, gro.asenul@idieh

Une nouvelle application d'intelligence artificielle peut identifier les appels d'éléphants à basse fréquence enfouis dans de vastes réserves d'enregistrements audio, contournant les goulots d'étranglement auxquels les chercheurs sont confrontés lorsqu'ils trient les données à la main. Jonathan Gomes-Selman et Nikita Demir, tous deux récents diplômés de l'Université de Stanford, ont formé un réseau de neurones artificiels pour «écouter» des fichiers audio et repérer toutes les morsures sonores contenant les grondements et les grognements des éléphants de forêt africains.

Ils présenteront leurs recherches (Détection automatique pour la surveillance acoustique passive de l'éléphant d'Afrique) lors de la prochaine conférence virtuelle de l'Ecological Society of America, dans le cadre d'une session à la demande sur les méthodes et les outils pour travailler avec les mégadonnées en écologie.

Les éléphants de forêt, les gorilles et autres grands mammifères se rassemblent dans les clairières forestières appelées «bais», comme celle-ci en République centrafricaine, qui fait partie du paysage tri-national de la Sangha, qui comprend également des parties du Cameroun et de la République du Congo. Photo gracieuseté de David Weiner, Fondation internationale pour la communication et l'éducation, CC BY-NC 2.0.

Sans l'aide d'outils automatisés, isoler les grondements d'éléphants de la cacophonie des autres sons de la forêt tropicale est un processus qui prend du temps – et c'est un processus que Gomes-Selman connaît bien. Alors qu'il était bénévole pour le projet d'écoute des éléphants du Cornell Lab of Ornithology en tant qu'élève du secondaire en 2013, il était chargé de passer au crible les données audio enregistrées et d'identifier manuellement les cris des éléphants. «À l'avenir, j'avais toujours en tête l'idée que le travail que j'avais fait pouvait sûrement être automatisé et je savais à quel point un tel outil pouvait être puissant», dit-il.

Maintenant, Gomes-Selman donne suite à cette idée. Lui et Demir ont développé un modèle de réseau neuronal qui peut identifier automatiquement les appels d'éléphants trouvés dans les enregistrements audio collectés par le Elephant Listening Project, dont les appareils d'enregistrement autonomes, placés dans l'habitat des éléphants à travers l'Afrique centrale, ont capturé des données audio représentant plus d'un siècle de lecture. temps. Les enregistrements du laboratoire guident les efforts de lutte contre le braconnage et d’autres facteurs de stress anthropiques qui menacent la survie de l’espèce et peuvent contenir des réponses aux mystères longuement médités de la communication et du comportement social des éléphants.

La plupart des données collectées par le Elephant Listening Project proviennent de clairières forestières ouvertes, appelées «bais», où les éléphants se rassemblent souvent. Mais Gomes-Selman et Demir étaient intéressés par un cadre où les comportements sociaux des éléphants sont plus entourés de mystère: la forêt pluviale de plaine densément végétalisée du parc national de Nouabalé-Ndoki. Le parc, situé dans la région nord de la République du Congo, comprend près d’un million d’acres de forêt vierge.

Un spectrogramme montre une représentation visuelle des grondements d’un éléphant de forêt africain (encadré par des rectangles bleus). Gracieuseté de Jonathan Gomes-Selman.

En se déplaçant dans la forêt pluviale des basses terres, les éléphants communiquent partiellement par des «grondements», une vocalisation basse fréquence et longue portée qui est souvent indétectable à l'oreille humaine, mais qui peut être captée par des dispositifs de surveillance audio passifs. Et même si le déploiement des appareils d'enregistrement dans une région aussi éloignée peut nécessiter des jours – voire des semaines – de randonnée, les appareils, une fois placés, peuvent détecter les grondements d'éléphants à moins de trois kilomètres carrés de la forêt environnante.

De nombreux projets de crowdsourcing de conservation ont vu le jour ces dernières années et offrent aux volontaires la possibilité de participer à des recherches «alimentées par les personnes». Mais le domaine de la biologie de la conservation regorge également d'opportunités pour les informaticiens – ou futurs informaticiens – qui souhaitent utiliser leurs compétences et leurs idées pour rendre les efforts de conservation plus efficaces et plus efficients.

Gomes-Selman prévoit de continuer à rapprocher ses intérêts de la conservation et de l'informatique, y compris des plans spécifiques pour continuer à collaborer avec le Elephant Listening Project. «À l'heure actuelle, nous travaillons principalement sur le post-traitement des données extraites du terrain», dit-il, «mais l'un des objectifs ultimes est finalement d'aider à concevoir ou à influencer la création de détecteurs en temps réel qui peuvent être déployés dans le terrain et transmettre des données en temps réel pour aider à la conservation des éléphants. »


Session à la demande lors de la réunion annuelle virtuelle de l'ESA 2020:

Cette conférence participative, «Détection automatique pour la surveillance acoustique passive de l'éléphant d'Afrique», fait partie d'une session virtuelle consacrée aux méthodes et outils pour travailler avec les mégadonnées en écologie. Les autres présentations de la session comprennent:

  • Mise en place de systèmes de suivi pour le mécanisme des paiements du Vietnam pour les services environnementaux forestiers – Lauren F.Keller, Truong Le Hieu, Dang Thuy Nga, Le Thanh Binh et Nguyen Phan Dong, Winrock International
  • Assimilation des anneaux d'arbres et des données d'inventaire forestier pour prévoir les réponses de croissance futures de Pinus ponderosa – Kelly Heilman, Université d'Arizona; Michael C. Dietze, Université de Boston; John D. Shaw, USDA Forest Service; R. Justin DeRose, Université d'État de l'Utah; Stefan Klesse, Institut fédéral suisse de recherche WSL; Andrew O. Finley, Université de l'État du Michigan; Jacob Aragon, Andrew T. Gray, Alexis H. Arizpe et Margaret E. K. Evans, Université de l'Arizona

COS 125 – Big Data en écologie – Méthodes et outils 7 – Détection automatique pour la surveillance acoustique passive de l'éléphant d'Afrique

  • Jonathan M. Gomes-Selman, Nikita N. Demir et Andreas Paepcke, Université de Stanford; Peter Wrege, Université Cornell
  • Résumé de la présentation
  • Contact: ude.drofnatsnul@ 8sgj

Réunion annuelle virtuelle 2020
Exploiter la révolution des données écologiques
3-6 août 2020

Des écologistes du monde entier se réuniront en ligne en août pour le 105e Réunion annuelle de l'Ecological Society of America. Les discussions en plénière et les panels sélectionnés seront diffusés en direct avec des questions et réponses. D'autres sessions seront disponibles pour visualisation à la demande avec des questions-réponses asynchrones. Les présentateurs ont également la possibilité d'organiser une séance de questions-réponses en direct avec les téléspectateurs.

La plénière d’ouverture présentera le directeur de l’environnement de Microsoft, Lucas Joppa. Il discutera des progrès de l'infrastructure informatique et de données que les écologistes peuvent utiliser pour relever les défis existentiels consistant à répondre aux changements climatiques, à garantir des approvisionnements en eau résilients, à nourrir de manière durable une population humaine en croissance rapide et à endiguer une perte mondiale continue de biodiversité.

Les séances plénières et les symposiums exploreront le thème de la réunion «Exploiter la révolution des données écologiques». Comme de nombreux domaines scientifiques, la recherche écologique est inondée de sources d'informations diverses et riches en données, ce qui ouvre de nouvelles voies de recherche mais crée également de nouveaux défis pour les écologistes. Les sessions scientifiques exploreront de nouvelles approches intégratives utilisées pour comprendre les problèmes écologiques urgents.

L'ESA invite les responsables de la presse et de l'information publique institutionnelle à y assister gratuitement. Pour postuler, veuillez contacter Heidi Swanson, responsable de l'information publique de l'ESA directement à l'adresse gro.asenul@idieh.

###

le Société écologique d'Amérique, fondée en 1915, est le monde»La plus grande communauté d'écologistes professionnels et une source fiable de connaissances écologiques, engagées à faire progresser la compréhension de la vie sur Terre. La société de 9000 membres publie cinq revues et un bulletin d'adhésion et partage largement des informations écologiques par le biais de politiques, de sensibilisation des médias et d'initiatives d'éducation. La sociétéS Réunion annuelle attire de 3 000 à 4 000 participants et présente les plus récentes avancées en science écologique. Visitez le site Web de l'ESA à https://www.esa.org.