تحليل آثار الحيوانات في الثلج باستخدام الرؤية الحاسوبية

للاطلاع المرئي على المفاهيم التي يغطيها هذا المقال، شاهد الفيديو أدناه.

يمكن للثلج، شأنه شأن الأسطح الطبيعية الأخرى، أن يسجل نشاط الحياة البرية. فعلى سبيل المثال، يمكن لآثار الأقدام التي تتركها الحيوانات في الثلج أن توضح أي الحيوانات مرّت من المكان، 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، وتطمس الرياح التفاصيل، كما قد تجعل الآثار المتداخلة عملية التعرّف صعبة. وحتى المراقبون المدربون قد يغفلون أنماطًا مهمة.

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

تجعل التطورات التكنولوجية تفسير هذه العلامات أسهل الآن. وعلى وجه الخصوص، يمكن استخدام الرؤية الحاسوبية، وهي فرع من AI يتيح للآلات تحليل البيانات المرئية بدقة وسرعة، لاكتشاف آثار الحيوانات وفهمها. فعلى سبيل المثال، يمكن تدريب نماذج مثل Ultralytics YOLO11 لاكتشاف الأشكال والأنماط في صور آثار الحيوانات.

في هذه المقالة، سنستكشف كيفية الحفاظ على آثار الحيوانات في الثلج، وما الذي تكشفه عن الحياة البرية، وكيف تجعل الرؤية الحاسوبية عملية التتبع أكثر كفاءة.

أهمية آثار الحيوانات في الثلج#

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

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

وبعيدًا عن تحديد الأنواع، يمكن لتباعد الآثار وترتيبها والاختلافات الدقيقة بينها أن يخبر الباحثين بالكثير عن الحركة والسلوك والتفاعلات مع البيئة، مما يوفر للباحثين والمتنزهين وهواة الحياة البرية رؤى قيّمة حول نشاط الحيوانات.

فيما يلي بعض السمات الرئيسية التي يبحث عنها الباحثون عند قراءة الآثار:

• القدمان الأماميتان مقابل الخلفيتين: تعكس الفروق في الحجم والشكل بين الكفوف الأمامية والقدمين الخلفيتين كيفية توزيع الحيوان لوزنه وتحركه في بيئته.
• آثار الكفوف أو آثار الحيوانات: يساعد الشكل العام للأثر وحجمه في تحديد النوع الذي تركه.
• علامات المخالب: تُظهر آثار الكلبيات، مثل آثار ذئاب القيوط والثعالب والكلاب، عادةً انطباعات المخالب، بينما لا تُظهر آثار السنوريات، بما فيها الوشق والقطط المنزلية أو الأليفة والأسود الجبلية، ذلك عادةً إلا إذا كان الحيوان يركض أو يتحرك على أرض زلقة.
• نمط الآثار: يمكن لترتيب الآثار أن يكشف سلوك الحيوانات، إذ تترك ذئاب القيوط والثعالب غالبًا مسارات مستقيمة، بينما تميل الكلاب المنزلية إلى التحرك في مسار متعرج.
• المسافة الجانبية وخطوط السحب: يختلف العرض بين الآثار اليسرى واليمنى (المسافة الجانبية) باختلاف النوع والمشية، وقد تشير التغيرات في هذه المسافة إلى سرعة الحركة أو الحذر، بينما توفر خطوط السحب الناتجة عن ذيول الحيوانات أو بطونها أو الفرائس أدلة إضافية على النشاط.

تحديد آثار الحيوانات في الثلج#

يحكي كل أثر في الثلج جزءًا 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، تترك الثعالب وذئاب القيوط غالبًا انطباعات واضحة للمخالب، بينما لا تترك الوشق والأسود الجبلية ذلك عادةً.

نادرًا ما تظهر الآثار منفردة. فالأدلة 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 المتتبعون على عدة علامات معًا لبناء صورة أوضح. ويُعد أسلوب ترتيب الآثار على الثلج مفيدًا بصفة خاصة، إذ يوضح ليس فقط المكان الذي ذهب إليه الحيوان، بل أيضًا كيفية تحركه وتصرفه.

فيما يلي بعض أنماط آثار الحيوانات الشائعة الموجودة في الثلج:

• القافزات: تدفع الأرانب والأرانب الثلجية البرية نفسها بساقيها الخلفيتين القويتين، فتترك آثارًا خلفية كبيرة أمام آثار أمامية أصغر. وفي الثلج العميق، تترك الأرانب الثلجية البرية مسارات طويلة جدًا.
• الوثّابات: تقفز حيوانات ابن عرس والسمور والمنك وفئران المسك إلى الأمام مستخدمةً القدمين الأماميتين والخلفيتين معًا، فتشكّل نمطًا متكررًا من صفّين متقابلين.
• المتماشيات ببطء: تتحرك حيوانات الراكون والظربان والقنادس والنيص والدببة السوداء ببطء، فتترك آثارًا عريضة تحمل علامات مخالب واضحة.
• الخطّاؤون المثاليون: تضع الثعالب وذئاب القيوط أقدامها الخلفية تقريبًا في المواضع التي حطت فيها الأقدام الأمامية، فتشكّل خطوطًا مستقيمة. وتميل ذئاب القيوط إلى السير في مسارات مباشرة، بينما تتجول الكلاب المنزلية في مسارات متعرجة.

تحديات تفسير آثار الحيوانات في الثلج#

على الرغم من الأدلة المتنوعة المرتبطة بالآثار، قد يظل تتبع الحيوانات في الثلج معقدًا. إذ تؤثر ظروف الثلج في شكل الآثار: فالثلج الحديث التساقط يحافظ على التفاصيل، بينما قد يشوه الثلج المتكوّن عليه قشر جليدي أو الذائب أو حديث التساقط الآثار أو يغطيها.

ويؤدي الطقس دورًا أيضًا، إذ قد تطمس الرياح وأشعة الشمس الحواف، كما قد تسبب المسارات المتداخلة لحيوانات متعددة ارتباكًا. وإضافة إلى ذلك، يزيد سلوك الحيوانات من صعوبة التنبؤ.

تدخل بعض الأنواع، مثل الظربان والدببة السوداء، في سبات شتوي، بينما تتحرك أنواع أخرى على نحو متقلب أو تعيد سلوك مساراتها. وفي الوقت نفسه، تتقاطع في الغابات غالبًا آثار الغزلان أو الموظ أو الأيائل مع آثار الحيوانات الأصغر أو الحيوانات المفترسة، وتُستخدم علامات إضافية مثل الفضلات أو الفرو أو آثار سحب الذيل لفهم الحركة والسلوك.

كيفية 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 يمكنها اكتشاف الآثار الفردية وتحديد مواضعها، وفصل الآثار المتداخلة، بل ويمكن تدريبها على مجموعات بيانات مخصصة للتعرف على السمات الخاصة بكل نوع، مثل علامات المخالب وأنماط المشي.

وعلى وجه التحديد، تدعم نماذج مثل Ultralytics YOLO11 مهام الرؤية الحاسوبية مثل اكتشاف الأجسام، الذي يمكن استخدامه لتحديد مواضع آثار الكفوف الفردية، وتقسيم المثيلات، الذي يمكنه فصل الآثار المتداخلة. ومن خلال تدريب نموذج مثل YOLO11 على مجموعة بيانات مخصصة لبصمات أقدام الحيوانات، يستطيع الباحثون تسهيل التعرف على الأنماط الخاصة بكل نوع، والتمييز بين الآثار المتداخلة، وإنتاج نتائج أكثر اتساقًا من المراقبة اليدوية.

الرؤية الحاسوبية والبحوث المتعلقة بتحليل آثار أقدام الحيوانات#

بعد أن رأينا كيف يمكن للرؤية الحاسوبية تتبع آثار أقدام الحيوانات، لنستعرض كيفية تطبيق هذه التقنية في البحوث الواقعية.

من FIT إلى مجموعات البيانات المفتوحة#

اعتمدت معظم دراسات آثار الأقدام لسنوات على تقنية تحديد آثار الأقدام (FIT). وتعمل FIT من خلال تحديد نقاط معينة على كل أثر واستخدام تلك القياسات للتمييز بين الحيوانات. وعلى الرغم من فعالية هذه العملية، فإنها بطيئة وتتطلب خبراء مدربين، كما أنها غير عملية عند محاولة تحليل آلاف الآثار في البرية.

أظهرت دراسة حديثة عن نمور آمور في شمال شرق الصين كيف يمكن لـ FIT تحديد الأفراد حتى من خلال آثار أقدامهم في الثلج، مما يوفر طريقة موثوقة وغير جراحية لمراقبة الحيوانات المفترسة المهددة بالانقراض.

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

ومع ذلك، أبرز الباحثون أيضًا قيودها: فهي تتطلب جهدًا كبيرًا ويصعب توسيع نطاقها. وأشاروا بشكل مهم إلى أن الرؤية الحاسوبية يمكن أن تؤتمت هذه العملية مستقبلًا، مما يقلل الحاجة إلى القياسات اليدوية مع التعامل مع مجموعات بيانات أكبر بكثير.

ويبدأ هذا التحول بالفعل مع مشروعات مثل OpenAnimalTracks، وهي مجموعة بيانات عامة تضم آلاف البصمات المصنفة من 18 نوعًا عبر الوحل والرمل والثلج. وبفضل موارد كهذه، يمكن تدريب نماذج AI للرؤية لاكتشاف بصمات الأقدام وتصنيفها تلقائيًا، مما يجعل مراقبة الحياة البرية أسرع وأكثر سهولة.

الشكل 4. نظرة على مجموعة بيانات OpenAnimalTracks (المصدر)

ومن خلال البناء على أسس FIT ودمجها مع مجموعات البيانات المفتوحة والرؤية الحاسوبية، تتجه بحوث الحفاظ على البيئة نحو أنظمة قابلة للتوسع يمكنها تتبع الأنواع وحماية النظم البيئية - من دون إزعاج الحيوانات نفسها على الإطلاق.

أهم النقاط المستخلصة#

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

انضم إلى مجتمعنا المتنامي! واستكشف مستودعنا على GitHub لمعرفة المزيد عن الذكاء الاصطناعي. وتعرّف على الرؤية الحاسوبية في التصنيع والذكاء الاصطناعي في الخدمات اللوجستية من خلال زيارة صفحات حلولنا. وللبدء في البناء باستخدام الرؤية الحاسوبية، اطّلع على خيارات الترخيص.