在大數(shù)據(jù)時代的今天，談到數(shù)據(jù)分析的具體應(yīng)用，上到搜尋馬航MH370，下到探析東莞式服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈，就連兩會代表也開始提出大數(shù)據(jù)的應(yīng)用問題，數(shù)據(jù)分析真是不可謂無所不在。但這次要說的，恐怕卻是大部分人都想不到的領(lǐng)域——保護(hù)瀕危野生動物。

在人們以往的印象當(dāng)中，動物保護(hù)工作一般都是工作人員攜帶著各種探測儀器，趴在草叢或是樹蔭下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地觀察野生動物，以推測其生存現(xiàn)狀，而這似乎與信息技術(shù)毫無關(guān)系。那么，數(shù)據(jù)分析究竟是如何與動物保護(hù)結(jié)緣的呢?動物專家們又是如何利用分析軟件來進(jìn)行工作的呢?這就不得不提到兩位杰出的動物學(xué)家—— Zoe Jewell與她的丈夫Sky Alibhai博士，以及他們共同創(chuàng)立的動物保護(hù)組織WildTrack。

WildTrack聯(lián)合創(chuàng)始人及現(xiàn)任主席Zoe Jewell正在敘述其在津巴布韋的工作經(jīng)歷

世界范圍內(nèi)活躍著許多野生動物保護(hù)組織，其中一些由各國政府牽頭創(chuàng)立，而另一些則完全是民間自發(fā)建立且非盈利性的機(jī)構(gòu)，而WildTrack就屬于后者之一。Jewell和 Alibhai分別擁有劍橋大學(xué)獸醫(yī)碩士學(xué)位，以及牛津大學(xué)動物學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位，兩人長期致力于非侵入式野生動物監(jiān)測研究，并利用他們創(chuàng)新的FIT，也就是Footprint Identification Technique足跡識別技術(shù)，完成了許多具有相當(dāng)難度的工作。

傳統(tǒng)方法遭遇難題

要想了解什么是FIT技術(shù)，就必須要先談一談兩位動物學(xué)家的經(jīng)歷。幾年前，Jewell和Alibhai曾在非洲南部國家津巴布韋的一處國家公園內(nèi)從事稀有動物的監(jiān)測工作。按照傳統(tǒng)作法，他們需要在犀牛等瀕危動物的脖子上戴上特制的無線電項(xiàng)圈，這些項(xiàng)圈可以實(shí)時監(jiān)控動物個體的情況并將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送回 WildTrack的信息系統(tǒng)。

然而經(jīng)過一段時間的觀察后，Jewell和 Alibhai發(fā)現(xiàn)無線電項(xiàng)圈的使用引發(fā)了很多問題。受無線電信號的影響，雌性動物的受孕率開始下降。不僅如此，動物個體在成年之前，甚至是季節(jié)變換之際，其體型與體重都會發(fā)生變化，因此項(xiàng)圈就可能變成其變化的束縛，時間一長還會導(dǎo)致其頸部皮膚破損，造成直接傷害。

WildTrack聯(lián)合創(chuàng)始人Sky Alibhai博士在認(rèn)真聆聽記者提問

無線電技術(shù)的使用對于工作人員來說同樣需要小心，他們往往要冒著生命危險給動物們戴上項(xiàng)圈，而這些價格昂貴的項(xiàng)圈卻只能在開闊無遮擋的地帶才能正常發(fā)送信號，樹林和山丘都會影響無線電信號的傳輸。另外有些項(xiàng)圈還可能會隨著動物的運(yùn)動而損壞或是脫落，設(shè)備的回收工作更是一大難題。Jewell和 Alibhai為此頭疼不已，其工作也越來越難開展下去。

數(shù)據(jù)分析圖像化

傳統(tǒng)動物監(jiān)測方法的成本以及對動物的直接傷害問題讓W(xué)ildTrack重新思考保護(hù)工作的方法，于是Jewell和 Alibhai開始求助于非洲當(dāng)?shù)孬C人。要知道這些獵人沒有無線電和計算機(jī)，卻同樣能依靠其追蹤術(shù)知曉動物的位置與情況。然而獵人卻反問，“何必要用什么無線電?低頭看看地上就一目了然了。”原來獵人們所指的正是動物的腳印。

從此，Jewell和Alibhai轉(zhuǎn)變了思路。大量的腳印無法快速的依靠人力來進(jìn)行分析與整理，他們開始嘗試在工作中引入數(shù)據(jù)分析的方法，來進(jìn)行動物的足跡追蹤工作。在偶然的機(jī)會下，他們接觸到了JMP軟件。當(dāng)時的JMP軟件功能還十分簡單，但其獨(dú)特之處在于它擁有自己的腳本語言—— JSL(JMP Script Language)，在使用時不會像其他編程語言那樣涉及到過多原理性的內(nèi)容，即使是非技術(shù)人員也能熟練操作。Jewell 認(rèn)為，JMP的另一個優(yōu)勢就是其強(qiáng)大的圖形化與可視化能力，進(jìn)一步提升了軟件的易用性，這讓動物保護(hù)組織的工作人員在不需要學(xué)習(xí)統(tǒng)計學(xué)理論的情況下就能使用該軟件。

據(jù)Alibhai介紹，WildTrack在初試足跡識別技術(shù)時遇到了很多困難。最初只能使用普通的數(shù)碼照相機(jī)進(jìn)行拍攝，對動物足跡進(jìn)行取樣，照片的清晰度將直接影響取樣效果。而接下來，他們還需要建立一套統(tǒng)計模型，以分辨不同個體動物的腳印，并判斷出性別甚至是年齡。但當(dāng)時的JMP軟件卻沒有這些功能。

WildTrack定制的FIT應(yīng)用初始界面，選定的動物種類是東北虎，另外可直接選擇圖象特征提取、同組對比數(shù)據(jù)分析、驗(yàn)證判別分析、繪圖等處理功能

WildTrack的辦公地點(diǎn)在美國北卡羅來納州，與SAS軟件離得非常近。于是，Jewell和Alibhai與SAS軟件聯(lián)合創(chuàng)始人兼JMP軟件的創(chuàng)始人John Sall進(jìn)行了積極溝通，并最終說服了John Sall將圖形與圖像分析技術(shù)引入到數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析領(lǐng)域中，以幫助像WildTrack這樣的動物保護(hù)組織來分析動物足跡中的那些規(guī)律性的差別。而這正是動物足跡識別技術(shù)FIT的起源。

從IT角度來說，F(xiàn)IT應(yīng)用實(shí)際上是基于JMP軟件而開發(fā)出來的工具包。對于動物保護(hù)組織的工程師、科學(xué)家，或者是其他任何數(shù)據(jù)分析員來說，只需要將工具包按照自己所需要的工作順序與邏輯排列整理好即可。這樣在進(jìn)行現(xiàn)場分析與調(diào)查的時候，就能夠直接進(jìn)行調(diào)用。

利用FIT足跡識別技術(shù)，WildTrack現(xiàn)在已經(jīng)可以通過對一串腳印的分析，判斷其是何種動物，以及在這一區(qū)域內(nèi)的種群數(shù)量、性別分布以及年齡等信息，為接下來的動物保護(hù)與調(diào)查工作提供極其關(guān)鍵的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時也影響著這一區(qū)域的動物保護(hù)策略。

Sky Alibhai博士正在講解FIT應(yīng)用分析東北虎足跡圖像特征時的工作原理

FIT足跡識別技術(shù)初顯功效

不久前，正是由于足跡識別技術(shù)所取得的成就，使得國家林業(yè)局貓科動物研究中心常務(wù)副主任姜廣順教授也開始注意到了WildTrack。

姜廣順同時也是東北林業(yè)大學(xué)野生動物資源學(xué)院的教授，他們面對的問題是，無法確定大興安嶺、小興安嶺地區(qū)野生東北虎的活動范圍、總數(shù)量以及性別比例情況。姜廣順教授曾嘗試過糞便檢測、自動攝像機(jī)檢測、DNA分析等方法，但均沒有取得突破性進(jìn)展。由此便由SAS公司牽頭，促成了國家林業(yè)局貓科動物研究中心與WildTrack之間的非盈利性合作。

WildTrack通過對姜廣順教授所提供的東北虎足跡圖片進(jìn)行分析，而得出了數(shù)量、性別比例等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并為接下來的東北虎保護(hù)工作提供了依據(jù)。之后，雙方還共同開展了對于東北豹、大熊貓的調(diào)查與保護(hù)工作。中國政府的大力投入與支持，讓Jewell和Alibhai感到有些意外的高興，這也讓雙方的合作更加順利。

據(jù)Alibhai透露，WildTrack在全世界范圍內(nèi)參與了很多動物的保護(hù)工作，包括黑犀牛、白犀牛、獵豹、非洲大象、犰狳，北極熊等等，而現(xiàn)在中國的大熊貓與東北虎也進(jìn)入了WildTrack的保護(hù)范圍內(nèi)。

WildTrack數(shù)據(jù)庫中經(jīng)過圖像處理的臥龍山自然保護(hù)區(qū)野生大熊貓的足跡樣本

Jewell認(rèn)為，取得這些成就離不開當(dāng)?shù)馗叩仍盒Ｅc政府的支持，比如美國杜克大學(xué)以及中科院、北京大學(xué)、東北林業(yè)大學(xué)等等，再加上來自JMP軟件的技術(shù)支持，使得全球性的動物保護(hù)工作在經(jīng)驗(yàn)、資源、技術(shù)能力上都得到了強(qiáng)有力的支撐。而Jewell和Alibhai也仍將對FIT足跡識別技術(shù)進(jìn)行持續(xù)不斷的完善與改進(jìn)，以幫助更多像WildTrack一樣的動物保護(hù)組織免費(fèi)使用，以更好地開展工作。

對于足跡識別技術(shù)，Jewell表示未來其很可能還將用于其他領(lǐng)域，比如醫(yī)療、刑偵、軍用等等。杜克大學(xué)已經(jīng)開展了一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)工作，其中一項(xiàng)正是通過監(jiān)測早產(chǎn)兒的腳印，以了解其身體狀況的變化，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。相信這種先進(jìn)而易用的FIT足跡識別技術(shù)一定能夠在更多的行業(yè)內(nèi)造福人類與整個社會。