تحليل آثار الحيوانات في الثلج باستخدام الرؤية الحاسوبية

للاطلاع على شرح مرئي للمفاهيم الواردة في هذه المقالة، شاهد الفيديو أدناه.

يمكن للثلج، شأنه شأن الأسطح الطبيعية الأخرى، أن يسجل آثار نشاط الحياة البرية. فعلى سبيل المثال، تكشف آثار الأقدام التي تتركها الحيوانات في الثلج عن الحيوانات التي مرت بالمكان، وكيف تحركت، وما الذي كانت تفعله.

على مدى عقود، درس المتنزهون والصيادون والباحثون هذه الآثار لمعرفة المزيد عن سلوك الحيوانات البرية. لكن هذه العملية ليست موثوقة دائمًا؛ فقد يتحرك الثلج، وقد تطمس الرياح التفاصيل، وقد تجعل المسارات المتداخلة تحديد الهوية صعبًا. وحتى المراقبون المدربون قد يغفلون أنماطًا مهمة.

الشكل 1. آثار أقدام نمر محفوظة في ثلج حديث التساقط. (المصدر)

تسهل التطورات التكنولوجية الآن تفسير هذه العلامات. وعلى وجه الخصوص، يمكن استخدام الرؤية الحاسوبية، وهي فرع من الذكاء الاصطناعي يمكّن الآلات من تحليل البيانات المرئية بدقة وسرعة، لاكتشاف آثار الحيوانات وفهمها. فعلى سبيل المثال، يمكن تدريب نماذج مثل Ultralytics YOLO11 على اكتشاف الأشكال والأنماط في صور آثار الحيوانات.

سنستكشف في هذا المقال كيفية حفظ آثار الحيوانات في الثلج، وما تكشفه عن الحياة البرية، وكيف تجعل الرؤية الحاسوبية التتبع أكثر كفاءة.

أهمية آثار الحيوانات في الثلج#

آثار الحيوانات هي انطباعات تتركها الحيوانات أثناء تحركها على أسطح مثل الثلج أو التربة أو الطين. وفي ظروف الثلج المناسبة، تحافظ هذه الآثار غالبًا على تفاصيل أوضح، مثل علامات المخالب ووسائد الأصابع والفروق بين القدمين الأماميتين والخلفيتين، وهي تفاصيل يصعب رصدها في التراب أو العشب.

الشكل 2. آثار أقدام الحيوانات على أسطح مختلفة. (المصدر)

إلى جانب تحديد الأنواع، يمكن للتباعد بين الآثار وترتيبها والاختلافات الدقيقة فيها أن تخبر الباحثين بالكثير عن الحركة والسلوك والتفاعل مع البيئة، ما يوفر للباحثين والمتنزهين والمهتمين بالحياة البرية رؤى قيّمة عن نشاط الحيوانات.

إليك بعض السمات الرئيسية التي يبحث عنها الباحثون عند قراءة الآثار:

• القدمان الأماميتان والخلفيتان: تعكس الاختلافات في الحجم والشكل بين الكفوف الأمامية والقدمين الخلفيتين كيفية توزيع الحيوان لوزنه وتحركه في بيئته.
• آثار الكفوف أو أقدام الحيوانات: يساعد الشكل العام للأثر وحجمه على تحديد النوع الذي تركه.
• علامات المخالب: تظهر في آثار الكلبيات، مثل آثار القيوط والثعالب والكلاب، عادةً انطباعات للمخالب، بينما لا تظهر هذه الانطباعات عادةً في آثار السنوريات، بما فيها الوشقيات والقطط المنزلية أو الأليفة والأسود الجبلية، إلا إذا كان الحيوان يركض أو يتحرك على أرض زلقة.
• نمط الآثار: يمكن لترتيب الآثار أن يكشف عن سلوك الحيوان؛ فكثيرًا ما تترك القيوط والثعالب مسارات مستقيمة، بينما تميل الكلاب المنزلية إلى التجول في مسارات متعرجة.
• عرض المسار وخطوط السحب: يختلف العرض بين آثار القدمين اليمنى واليسرى (عرض المسار) باختلاف النوع والمشية، وقد تشير تغيراته إلى سرعة الحركة أو الحذر، في حين توفر خطوط السحب التي تتركها الذيول أو البطون أو الفرائس دلائل إضافية على النشاط.

تحديد آثار الحيوانات في الثلج#

يروي كل أثر في الثلج جانبًا من قصة الحيوان. ويمكن لحجم كل أثر وشكله، والفروق بين القدمين الأماميتين والخلفيتين، ووجود علامات المخالب أو غيابها، أن تكشف النوع والمشية وتوزيع الوزن. فعلى سبيل المثال، غالبًا ما تترك الثعالب والقيوط انطباعات واضحة للمخالب، بينما لا تتركها الوشقيات والأسود الجبلية عادةً.

نادرًا ما تظهر الآثار منفردة. فدلائل مثل الفضلات وقطع الفرو وآثار سحب الذيل أو مداخل الجحور القريبة تضيف غالبًا سياقًا مهمًا. وبما أن ظروف الثلج والمسارات المتداخلة قد تطمس التفاصيل، يعتمد متتبعو الآثار على عدة علامات مجتمعة لتكوين صورة أوضح. ويُعد ترتيب الآثار على الثلج مفيدًا بصفة خاصة، إذ يوضح ليس فقط وجهة الحيوان، بل أيضًا كيفية حركته وسلوكه.

إليك بعض أنماط آثار الحيوانات الشائعة في الثلج:

• القافزات: تدفع الأرانب والأرانب البرية حذاءية القوائم بأرجلها الخلفية القوية، فتترك آثارًا كبيرة للأقدام الخلفية أمام آثار أصغر للأقدام الأمامية. وفي الثلج العميق، تترك الأرانب البرية حذاءية القوائم آثارًا طويلة على نحو خاص.
• الوثّابات: تقفز ابن عرس والسمور والمنك وفئران المسك إلى الأمام باستخدام القدمين الأماميتين والخلفيتين معًا، فتشكّل نمطًا متكررًا من آثار في مجموعتين، كل منهما تضم أثرين.
• المتمايلة في المشي: تتحرك حيوانات الراكون والظربان والقنادس والنيص والدببة السوداء ببطء، تاركة آثارًا عريضة تظهر فيها علامات المخالب.
• التي تخطو بدقة: تضع الثعالب والقيوط أقدامها الخلفية في مواضع تكاد تطابق آثار أقدامها الأمامية، مشكلة خطوطًا مستقيمة. وتميل القيوط إلى السير في مسارات مباشرة، بينما تتجول الكلاب المنزلية في مسارات متعرجة.

تحديات تفسير آثار الحيوانات في الثلج#

على الرغم من تعدد الدلائل المرتبطة بالآثار، قد يظل تتبع الحيوانات في الثلج أمرًا معقدًا. وتؤثر ظروف الثلج في مظهر الآثار؛ فالثلج الحديث يحافظ على التفاصيل، بينما قد يشوه الثلج المتجمد أو الذائب أو المتساقط حديثًا الآثار أو يغطيها.

كما يؤثر الطقس؛ فقد تطمس الرياح وأشعة الشمس حواف الآثار، وقد يؤدي تداخل مسارات حيوانات متعددة إلى الالتباس. ويزيد سلوك الحيوانات من صعوبة التنبؤ.

تدخل بعض الأنواع، مثل الظربان والدببة السوداء، في سبات شتوي، بينما تتحرك أنواع أخرى على نحو متقلب أو تعود أدراجها عبر مساراتها. وفي الغابات، تتقاطع آثار الغزلان والموظ والأيل غالبًا مع آثار حيوانات أصغر أو مفترسات، وتُستخدم دلائل إضافية مثل الفضلات والفرو وآثار سحب الذيل لفهم الحركة والسلوك.

كيف يمكن استخدام الرؤية الحاسوبية لاكتشاف آثار الحيوانات#

لمواجهة تحديات تحليل آثار الحيوانات في الثلج، بدأ الباحثون يتجهون إلى تقنيات متقدمة مثل الرؤية الحاسوبية. فعلى سبيل المثال، يستكشفون نماذج للرؤية الحاسوبية قادرة على اكتشاف الآثار الفردية وتحديد مواقعها وفصل المسارات المتداخلة، بل ويمكن تدريبها باستخدام مجموعات بيانات مخصصة للتعرف على سمات خاصة بأنواع معينة، مثل علامات المخالب وأنماط المشية.

على وجه التحديد، تدعم نماذج مثل Ultralytics YOLO11 مهام الرؤية الحاسوبية مثل اكتشاف الأجسام، الذي يمكن استخدامه لتحديد آثار الكفوف الفردية وتحديد مواقعها، وتقسيم الكائنات، الذي يمكنه فصل المسارات المتداخلة. ومن خلال تدريب نموذج مثل YOLO11 على مجموعة بيانات مخصصة لآثار أقدام الحيوانات، يستطيع الباحثون تسهيل التعرف على الأنماط الخاصة بالأنواع، والتمييز بين المسارات المتداخلة، والحصول على نتائج أكثر اتساقًا من الملاحظة اليدوية.

الرؤية الحاسوبية وأبحاث تحليل آثار أقدام الحيوانات#

بعد أن تعرفنا على كيفية استخدام الرؤية الحاسوبية لتتبع آثار أقدام الحيوانات، لنستعرض كيفية تطبيق هذه التقنية في الأبحاث الواقعية.

من FIT إلى مجموعات البيانات المفتوحة#

اعتمدت معظم دراسات الآثار لسنوات على تقنية تحديد آثار الأقدام (FIT). تعمل FIT عبر تحديد نقاط معينة على كل أثر واستخدام قياساتها للتمييز بين الحيوانات. وعلى الرغم من فعاليتها، فإن العملية بطيئة وتتطلب خبراء مدربين، ولا تناسب تحليل آلاف الآثار في البرية.

أظهرت دراسة حديثة عن نمور آمور في شمال شرقي الصين كيف يمكن لتقنية FIT أن تحدد حتى أفرادًا بعينهم من آثار أقدامهم في الثلج، موفرةً وسيلة موثوقة وغير تدخلية لمراقبة المفترسات المهددة بالانقراض.

الشكل 3. آثار أقدام نمر في الثلج. (المصدر: sciencedirect.com)

لكن الباحثين أوضحوا أيضًا محدوديات هذه التقنية: فهي تتطلب جهدًا كبيرًا ويصعب توسيع نطاقها. وأشاروا على نحو مهم إلى أن الرؤية الحاسوبية قد تؤتمت هذه العملية مستقبلًا، فتقلل الحاجة إلى القياسات اليدوية وتتعامل مع مجموعات بيانات أكبر بكثير.

بدأ هذا التحول بالفعل مع مشاريع مثل OpenAnimalTracks، وهي مجموعة بيانات عامة تضم آلاف الآثار المصنفة لـ18 نوعًا على الطين والرمال والثلج. وبفضل موارد كهذه، يمكن تدريب نماذج الذكاء الاصطناعي البصري على اكتشاف آثار الأقدام وتصنيفها تلقائيًا، ما يجعل مراقبة الحياة البرية أسرع وأسهل إتاحةً.

الشكل 4. نظرة على مجموعة بيانات OpenAnimalTracks (المصدر)

من خلال البناء على أسس FIT ودمجها مع مجموعات البيانات المفتوحة والرؤية الحاسوبية، يتجه بحث الحفاظ على البيئة نحو أنظمة قابلة للتوسع تتيح تتبع الأنواع وحماية النظم البيئية، دون إزعاج الحيوانات نفسها على الإطلاق.

أبرز النقاط#

تكشف آثار الحيوانات في الثلج عن كيفية تحرك الحيوانات وسلوكها واستخدامها لموائلها. وتتطلب قراءتها يدويًا الصبر والخبرة، لكن الرؤية الحاسوبية تجعل العملية أكثر كفاءة. ويساعد استخدام أدوات مثل Ultralytics YOLO11 إلى جانب المعرفة البشرية على تبسيط مراقبة الحياة البرية ودعم جهود الحفاظ عليها وتوفير بيانات مفيدة لحماية الأنواع.

انضم إلى مجتمعنا المتنامي! استكشف مستودع GitHub لمعرفة المزيد عن الذكاء الاصطناعي. تعرّف على الرؤية الحاسوبية في التصنيع والذكاء الاصطناعي في الخدمات اللوجستية بزيارة صفحات حلولنا. وللبدء في بناء تطبيقات باستخدام الرؤية الحاسوبية، اطّلع على خيارات الترخيص.