秦嶺，全球25個(gè)生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)，大量珍稀、孑遺物種生存其中，野生動(dòng)物保護(hù)工作極為受到關(guān)注。川金絲猴，一種珍稀瀕危且中國(guó)特有的靈長(zhǎng)類物種，就生存在秦嶺山系之中。為了對(duì)其進(jìn)行保護(hù)和研究，西北大學(xué)金絲猴研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期開(kāi)展野外跟蹤研究，20年前經(jīng)過(guò)艱難探索實(shí)現(xiàn)了對(duì)野生金絲猴的近距離觀察和個(gè)體識(shí)別，從而揭示了金絲猴“神秘的面紗”，推動(dòng)了中國(guó)靈長(zhǎng)類行為生態(tài)學(xué)的快速發(fā)展。但是，如何能夠準(zhǔn)確、快速的對(duì)野生金絲猴進(jìn)行個(gè)體識(shí)別，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)的“焦點(diǎn)動(dòng)物取樣”和個(gè)體全覆蓋的“全事件取樣”，從而通過(guò)個(gè)體識(shí)別，以科學(xué)地認(rèn)識(shí)并據(jù)此開(kāi)展保護(hù)，一直是全世界動(dòng)物學(xué)家向往但又無(wú)法突破的難題。
西北大學(xué)郭松濤教授針對(duì)這一前沿問(wèn)題，與計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的專家深度交叉融合，建立動(dòng)物AI（Artificial Intelligence，即人工智能）研究團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)基于金絲猴研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期對(duì)該物種特征的研究結(jié)果，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，提出具有關(guān)注機(jī)制的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（圖2），首次開(kāi)發(fā)出基于Tri-AI技術(shù)的金絲猴個(gè)體識(shí)別系統(tǒng)。Tri-AI系統(tǒng)顛覆了依靠動(dòng)物個(gè)體特征（斑紋、顏色、傷疤）或者人為標(biāo)記特征（如烙印、刺青、染色、環(huán)志、無(wú)線電項(xiàng)圈及遺傳標(biāo)記）的傳統(tǒng)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)野生個(gè)體的準(zhǔn)確身份識(shí)別和連續(xù)跟蹤采樣的功能（圖3）。更重要的是，該系統(tǒng)為在“理想條件下”實(shí)現(xiàn)“無(wú)觀察者干擾效應(yīng)”的動(dòng)物學(xué)研究提供了可能。
Tri-AI系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于多個(gè)類群的不同物種，還可實(shí)現(xiàn)夜間連續(xù)無(wú)礙觀測(cè)。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在靈長(zhǎng)類的41個(gè)代表性物種和4種食肉動(dòng)物群體進(jìn)行了適用性驗(yàn)證，平均識(shí)別精度達(dá)94.1% (圖4)。該技術(shù)極大的提高了個(gè)體數(shù)據(jù)分析效率，為動(dòng)物學(xué)研究提供新的技術(shù)方案，也為實(shí)現(xiàn)野生動(dòng)物保護(hù)和智能管理提供可靠的技術(shù)支撐。
該研究成果以“Automatic identification of individual primates with deep learning techniques”為題（圖4），發(fā)表于CELL旗下綜合性子刊《iScience》上。西北大學(xué)郭松濤教授為論文通訊作者和第一作者，西北大學(xué)許鵬飛教授和西安電子科技大學(xué)苗啟廣教授為該論文的共同第一作者。該技術(shù)已獲得3項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。該工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院、陜西省科技廳、陜西省林業(yè)草地局等機(jī)構(gòu)的大力支持。
目前，該項(xiàng)工作已經(jīng)進(jìn)入到應(yīng)用推廣的階段。一方面，已初步完成“動(dòng)物個(gè)體識(shí)別”系統(tǒng)（V1.0）的開(kāi)發(fā)，并在多處秦嶺金絲猴分布地用于多個(gè)種群、上千只個(gè)體的識(shí)別和記錄，開(kāi)始啟動(dòng)建立秦嶺金絲猴個(gè)體信息庫(kù)的工作；另一方面，該項(xiàng)工作進(jìn)一步擴(kuò)展應(yīng)用行業(yè)和范圍，結(jié)合野外和圈養(yǎng)條件下識(shí)別動(dòng)物的不同應(yīng)用場(chǎng)景與需求，進(jìn)行個(gè)性化識(shí)別功能的研發(fā)，并將在基于動(dòng)物精準(zhǔn)識(shí)別的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)動(dòng)物保護(hù)、飼養(yǎng)、繁育和研究的精細(xì)化管理。
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