Surveillance et analyses acoustiques

La composante acoustique du projet revêt une importance particulière, car elle a joué un rôle central dans la détection automatique de plus de 138 espèces, 95 d'entre elles ayant été intégrées dans nos algorithmes d'appariement. Cela constitue une base solide pour la surveillance continue de la région au cours des prochaines années, nous permettant d'observer comment les différents facteurs environnementaux influencent la présence des espèces

Notre succès dans la détection des espèces a été rendu possible grâce aux données collectées par les appareils et aux partenariats stratégiques que nous avons établis, en particulier avec Rainforest Connection. En outre, les experts locaux ont joué un rôle crucial dans la validation de la présence des espèces.

La surveillance acoustique passive intégrée, combinée aux techniques d'intelligence artificielle, a permis l'identification de 95 espèces. Il existe une corrélation positive entre la richesse des espèces et le couvert forestier à faible hauteur. En outre, les analyses du paysage sonore ont révélé des variations liées aux différentes saisons et aux différents types d'habitat. Cependant, le projet pilote s'est heurté au problème des données d'entraînement limitées pour les espèces rares. Pour y remédier, nous avons procédé à de multiples déploiements de capteurs au cours de différentes saisons.

Symposium international

Le symposium a été guidé par le Bureau des affaires étrangères de la province de Hainan, le Département des ressources naturelles et de la planification de la province de Hainan, le Département de l'écologie et de l'environnement de la province de Hainan, le Département des forêts de la province de Hainan ; et soutenu par le laboratoire de big data de l'Institut de recherche sur l'écocivilisation, CASS, le groupe de réflexion sur la recherche de l'Institut de recherche sur l'écocivilisation, CASS, l'Institut de zoologie de l'Académie chinoise des sciences, le Jardin botanique tropical de Xishuangbanna de l'Académie chinoise des sciences, l'Institut pour la neutralité carbone de l'Université Tsinghua, l'Institut interdisciplinaire avancé de l'environnement et de l'écologie, Huawei Technologies Co., Ltd, l'université de Hainan, l'université normale de Hainan, la fédération des académiciens de Hainan, la base de recherche de Sanya du Centre international du bambou et du rotin.

Le symposium de deux jours s'est concentré sur le thème de la "conservation de l'espèce phare des forêts tropicales humides, le gibbon" et de la "conservation de la biodiversité des forêts tropicales humides", et s'est déroulé en combinant des activités en ligne et hors ligne.

À l'occasion du troisième anniversaire de la création de l'Institut du parc national de Hainan et de la 8e journée internationale du gibbon (24 octobre 2022), le département des forêts de la province de Hainan, le gouvernement de la municipalité de Wuzhishan, la fondation publique de protection de la forêt tropicale humide de l'île verte de Hainan et l'Institut du parc national de Hainan ont coparrainé le "2022 tropical rainforest international conservation symposium" sur le thème "protecting tropical rainforest-realizing ecological values" (protection de la forêt tropicale humide - réalisation des valeurs écologiques), avec le soutien de l'Eco Foundation Global (EFG).

La conférence a abouti aux résultats concrets suivants :

  • Signature de la charte du GGN (Global Gibbon Conservation Network Charter).
  • l Annonce de l'établissement du premier secrétariat du GGN à l'Institut du parc national de Hainan, et lancement mondial du logo du GGN.
  • Il s'agit du premier des cinq premiers parcs nationaux de Chine, des premières organisations nationales de recherche sur la conservation qui ont initié la création d'organisations internationales pour la protection d'espèces chères, ce qui est d'une importance historique.
  • Publication de la déclaration de conservation du réseau mondial du gibbon sous la forme d'une collaboration entre le GGN et l'UICN SSA, avec le gibbon comme représentant.
  • Présenter la liste des espèces prioritaires pour la conservation dans le parc national de la forêt tropicale humide de Hainan avec le cas des KBA, et publier officiellement la liste des espèces prioritaires pour la conservation dans le parc national de la forêt tropicale humide de Hainan.
Modélisation de la reconnaissance

En raison du nombre excessif de caractéristiques, un SVM-RFE à validation croisée 10 fois a été utilisé pour classer l'importance des caractéristiques après leur extraction, puis les caractéristiques ont été ajoutées séquentiellement pour la classification LDA afin d'enregistrer le changement de précision avec le nombre de caractéristiques sélectionnées, et enfin le meilleur nombre de caractéristiques a été enregistré comme entrée pour les classifications suivantes (voir Fig. 8). La précision la plus élevée pour la classification LDA était de 89,2 % (pre) / 95,6 % (pre + n×mR0).

Étant donné qu'aucun des MFCC extraits avec un nombre fixe de fenêtres n'a obtenu de meilleurs résultats que la méthode d'ajustement du GMM pour la classification LDA (6 fenêtres : 86,6 % ; 10 fenêtres : 88,5 % ; 100 fenêtres : <80 %), nous avons testé l'efficacité des autres classificateurs en utilisant uniquement les caractéristiques extraites par la méthode d'ajustement du GMM. Dans ce test, nous avons sélectionné au hasard 20 % des données comme ensemble de test, et le reste des données a été utilisé pour former le classificateur, ce qui a été répété 10 fois pour chaque fonction noyau afin d'enregistrer la distribution de la précision. Parmi eux, l'effet de classification du GMM est médiocre lorsque l'on utilise uniquement pre comme MRU, tandis que l'effet est généralement meilleur que lorsque l'on utilise pre + n×mR0 comme MRU.

De nombreux classificateurs peuvent être utilisés pour la reconnaissance individuelle. Compte tenu des performances et des possibilités des classificateurs, cette recherche a comparé l'efficacité de classification de trois classificateurs qui ont été considérablement développés dans le domaine de la bioacoustique des gibbons ou de la reconnaissance des sons humains, à savoir (1) l'analyse discriminante linéaire (LDA), (2) la machine à vecteurs de support (SVM) et (3) le GMM (classification par détermination de la similarité entre les données à mesurer et les données existantes).

La méthode de base de l'extraction des caractéristiques des sons a été identifiée et une méthode préliminaire pour la reconnaissance des sons individuels des gibbons de Hainan a été établie. Nos résultats préliminaires montrent que la méthode existante est relativement fiable et qu'elle permet d'atteindre les objectifs du projet. Parmi ceux-ci, l'utilisation de pre + n×mR0 comme MRU, l'extraction des caractéristiques du modèle sonore à l'aide de la méthode d'ajustement GMM et l'utilisation d'un SVM linéaire pour la classification seraient plus efficaces. Dans les travaux de suivi, les données des individus rares seront constamment complétées, la conception du système algorithmique sera améliorée, la capacité du classificateur à reconnaître des individus inconnus sera donnée, et les performances du système seront évaluées de manière exhaustive, afin de réaliser finalement la reconnaissance des sons individuels des gibbons de Hainan.

Analyse du son

L'examen manuel de 532 échantillons acoustiques de gibbons de Hainan a été achevé, y compris ceux obtenus lors du suivi et de l'observation des gibbons à l'aide d'un enregistreur portable et ceux obtenus à l'aide d'un enregistreur automatisé. Au cours du processus de sélection, trois qualités d'enregistrement ont été initialement classées, à savoir haute, moyenne et basse. 44 enregistrements de haute qualité provenant de sept individus ont été obtenus. Les sept interlocuteurs individuels étaient GAM1、GBM1、GBSA、GCM1、GCM2、GDM1、GEM1, où la lettre après "G" représente le numéro du groupe familial et la lettre après "M/S" représente le numéro individuel de l'homme adulte/de l'homme subadulte. Seuls 40,9 % des enregistrements ont été effectués manuellement. Les fichiers bruts de tous les enregistrements automatisés ont été fournis par l'équipe du professeur Wang Jichao, et les données correspondantes ont été sauvegardées à l'Institut du parc national de Hainan.

Les coefficients Mel-frequency cepstrum (MFCC) sont une méthode d'extraction des caractéristiques de l'enveloppe de fréquence par cepstrum après affaiblissement des informations de haute fréquence sur la base de l'audition humaine[1], qui a un large éventail d'applications dans le domaine de l'acoustique humaine et de la bioacoustique. Dans cette étude, les MFCC et les différences de premier et de second ordre (△、△2) sont utilisés pour réaliser une extraction automatisée des caractéristiques.

5 notes caractéristiques du gibbon mâle de Hainan ont été identifiées (Fig.1), dont la note boom, la note aa, la note pré-modulée, la note modulée-R0 et la note modulée-R1.

Selon l'hypothèse de la niche acoustique, les cris des différentes espèces se différencient dans les domaines du temps et de la fréquence (voir Fig. 2), de sorte que l'extraction de caractéristiques dans une gamme de fréquences spécifique peut réduire considérablement l'influence du bruit, et plus la gamme de fréquences délimitée est petite, plus il est probable que davantage de bruit sera exclu. En outre, lorsque la structure de chaque unité minimale de reconnaissance (MRU) est identique, la difficulté de la reconnaissance est considérablement réduite.

Compte tenu de ce qui précède, dans cette phase de la recherche, nous avons essayé (1) d'appliquer uniquement pre et (2) d'utiliser pre + n×mR0 comme MRU, respectivement, et de comparer les résultats de la classification afin de déterminer l'extraction de caractéristiques la plus appropriée dans les travaux ultérieurs. Dans le cas de l'annotation vocale, toutes les étapes ci-dessus peuvent être mises en œuvre automatiquement par le code du langage R.

Système de suivi expérimental

Le système de surveillance expérimental consiste en un ensemble de paramètres permettant de suivre le comportement de l'espèce, les pratiques de mobilité des visiteurs et la détection des risques :

  • Emetteurs GPS : ils sont programmés pour la collecte de données et avec un calendrier de téléchargement ; il y a un zonage autour du nid.
  • Logiciel AxisStation: Axis Loitering Guard suit les objets en mouvement et déclenche des alertes (par exemple, un utilisateur existe sur le sentier depuis x temps), des alertes sonores et des notifications lorsqu'un seuil est dépassé. Axis Fend Guard détecte les événements d'interaction (par exemple, l'oiseau quitte la piste suivante, deux utilisateurs quittent la piste).
  • Alertes en cas de mortalité potentielle, d'expulsion potentielle du territoire, d'absence au nid, d'utilisateurs à proximité du nid et de seuils sonores.
  • Autres données relatives à l'utilisation des sentiers par type d'utilisateur et au processus de reproduction de l'aigle de Bonelli.
  • Rapports annuels sur la mobilité spatiale des rapaces, rapports semestriels sur les interactions et les événements critiques.

Il est essentiel de pouvoir compter sur un logiciel simple d'utilisation et programmé avec les paramètres souhaités. Il est fondamental de rendre les paramètres aussi pertinents que possible pour les besoins spécifiques de la surveillance, et aussi concis que possible pour que les gestionnaires du parc soient en mesure de faire un suivi approprié et de répondre aux alertes.

Il convient de noter que certaines situations impliquant la faune ne peuvent être contrôlées. Par exemple, dans notre cas, nous avons été confrontés à l'échec de la reproduction du couple d'aigles de Bonelli, ce qui a modifié en partie l'objectif du suivi.

Bien que l'utilisation d'un logiciel de gestion des alertes plus sophistiqué basé sur l'intelligence artificielle soit à l'étude, un logiciel simple tel que Axis Station peut suffire pour commencer à développer un programme de surveillance fonctionnel qui notifie les événements à risque critique. Les processus et procédures de gestion des pré-alertes, de collecte et d'analyse des données doivent être périodiquement optimisés sur la base des enseignements tirés au cours du processus.

Installation de l'infrastructure technologique

L'infrastructure technologique est composée de deux caméras le long du sentier voisin pour surveiller les flux de visiteurs, et d'une caméra panoramique devant le nid, qui ont été installées en octobre 2022. Les caméras sont alimentées par des panneaux solaires et disposent également de micros intégrés qui détectent les perturbations sonores. Deux émetteurs GPS, installés en décembre 2022, sont utilisés pour suivre le comportement du couple d'aigles. La transmission des données des caméras s'effectue par le biais d'antennes micro-ondes point à point et d'une ligne Internet séparée. Les informations sont stockées sur le NAS et sur le cloud de Huawei. Les unités GPS comprennent une petite plaque d'alimentation solaire, et les données sont transférées par radiofréquence vers le nuage de Move Bank.

Pour assurer la réussite de ce projet, il est essentiel de disposer d'un équipement technique (traceurs GPS et caméras), d'une connexion sans fil pour la transmission des données et d'un système de stockage. La capacité humaine à savoir comment et où installer l'équipement afin d'éviter les perturbations pour les espèces est également essentielle, afin de garantir que le cycle de reproduction de l'espèce ne soit pas affecté.

Comme dans de nombreux projets expérimentaux, le programme de suivi a rencontré des difficultés techniques, principalement dues à des problèmes de connectivité et à la nécessité de coordonner différents systèmes et équipes. Les considérations juridico-administratives, telles que l'utilisation des données et les autorisations d'installation, sont également essentielles lors de la mise en œuvre de cet élément constitutif.

En ce qui concerne les traceurs GPS, la programmation des émetteurs en fonction de différentes géozones permet d'optimiser la réception des emplacements et d'améliorer la mise à jour des données pour d'éventuelles demandes d'urgence. En outre, le modèle d'émetteur à double plaque solaire placé sur la femelle s'est avéré plus efficace que le modèle à plaque unique placé sur le mâle pendant les mois de faible ensoleillement.

La caméra du nid doit être installée à une distance suffisante pour éviter les perturbations tout en assurant une bonne résolution d'image. Dans ce cas, le besoin d'un appareil à plus haute résolution a été identifié afin d'effectuer une bonne interprétation du comportement, d'identifier les individus bagués et leurs proies, ainsi que de mettre en œuvre l'automatisation des alarmes.

Intégration des mesures de développement du café dans les politiques forestières

L'objectif de ce volet est de développer des politiques de gestion agroforestière adaptées à la culture du café et de les relier aux politiques de développement forestier du pays, en répondant aux défis du marché et de la législation internationale en vigueur.

En substance, il est nécessaire de promouvoir des politiques incitatives (économiques et/ou commerciales) qui stimulent l'agroforesterie dans les plantations de café et, en même temps, les chaînes de valeur du secteur forestier comme le petit bois.

Pour ce faire, deux éléments principaux sont nécessaires :

  1. La capacité d'ajuster les programmes forestiers pour intégrer des éléments d'agroforesterie, sans nuire à la production de café mais en maintenant l'esprit de la politique forestière.
  2. La promotion du dialogue intersectoriel autour de la question de l'agroforesterie dans les plantations de café, afin d'identifier les points de coïncidence technique et politique.

Pour illustrer cet élément de base, on utilise le cas du programme d'incitations forestières du Guatemala -PROBOSQUE- qui a ajusté la modalité des incitations forestières à la modalité agroforestière, en changeant les paramètres pour inclure la culture du café, ce qui a eu un plus grand impact.

  1. Disposer d'un cadre de politique forestière clair qui, premièrement, détermine la portée de son objectif en tant que politique publique, le sujet qui espère en bénéficier et les résultats attendus de sa mise en œuvre ; deuxièmement, les questions pour lesquelles il peut et doit générer des synergies afin d'atteindre les objectifs de la politique forestière.
  2. Disposer d'instruments de politique publique consolidés qui permettent une interaction avec d'autres secteurs productifs. Le programme d'incitations forestières guatémaltèque -PROBOSQUE- a été créé en 1996 et continue de fonctionner à ce jour.
  1. Le développement d'initiatives pilotes est nécessaire pour évaluer et/ou tester les hypothèses techniques des différentes parties prenantes dans l'ajustement des instruments de politique publique ; dans ce cas, le secteur forestier public et le secteur privé organisé du café.
  2. De vastes processus de discussion et de consultation internes et externes entre les différentes parties prenantes sont nécessaires pour obtenir les avantages des différents secteurs, sans affecter les mandats institutionnels et légaux que doivent remplir les parties prenantes.
  3. Des documents techniques doivent être élaborés afin de communiquer et de diffuser des informations aux parties prenantes potentielles sur les nouvelles modalités offertes par les instruments de politique publique.
Approches intégrées de la consolidation de la paix par le biais de moyens de subsistance conjoints

Le projet PEACECORE utilise le soutien aux moyens de subsistance durables et respectueux du climat comme outil pour restaurer les opportunités commerciales et d'échange traditionnelles et en créer de nouvelles pour les agriculteurs et les éleveurs dans six zones de gouvernement local de l'État du Plateau, au Nigéria. L'objectif est de remplacer les comportements négatifs liés aux conflits par des relations économiques mutuellement bénéfiques, tout en soutenant la médiation et le dialogue par le biais du premier bloc de construction. Les participants des communautés touchées par le conflit ont été rassemblés et formés à diverses opportunités de chaînes de valeur dans les domaines de l'agriculture biologique et des produits laitiers, à la formation et au fonctionnement des coopératives, et à la résolution des conflits. Grâce à ces efforts, nous avons pu réunir des groupes d'agriculteurs et d'éleveurs en conflit pour établir des accords commerciaux et former des coopératives autour des chaînes de valeur, notamment la fourniture d'engrais biologiques, la fourniture de bouse de vache et de déchets de culture pour la production de briquettes, la production de fourrage, la production de produits laitiers et de tofu, etc.

  1. La sélection de chaînes de valeur bénéfiques pour les deux parties, telles que la production de fourrage et d'engrais organiques.
  2. La solide réputation de la GIZ dans la mise en œuvre de programmes agricoles et de développement a incité les participants à faire confiance au processus.
  3. La volonté des partenaires en conflit de trouver des solutions au conflit.
  4. La disponibilité de ressources pour le projet et les initiatives telles que les compétences techniques et l'équipement, le financement, etc. a permis aux participants de créer des structures et des opérations tangibles.
  1. Il est essentiel d'instaurer un climat de confiance et d'impliquer les participants à tous les stades des interventions du projet.
  2. Ajouter de la valeur aux activités et aux produits existants est un premier pas utile vers l'engagement.
  3. Les nouvelles idées et les nouveaux processus sont les bienvenus, à condition que les avantages puissent être perçus.
  4. Il est essentiel d'utiliser des connecteurs (des éléments que les deux parties ont en commun).
Mesurer l'impact sur les services écosystémiques

L'objectif de ce module est de fournir aux concepteurs et aux réalisateurs de projets de restauration des écosystèmes et des paysages un outil qui utilise la télédétection, les facteurs d'augmentation et l'intégration des deux comme moyen d'évaluer l'efficacité des interventions de restauration sur le terrain.

Pour évaluer la ligne d'impact des services écosystémiques télédétectés, des données de référence (base, unités de gestion et images récentes) sont collectées et le différentiel entre l'année initiale et l'année finale est calculé en définissant des tables d'augmentation, en normalisant et en ajustant les images, et en modélisant les services écosystémiques.

L'approche par facteurs d'accroissement est utilisée pour les terres cultivées et/ou le bétail lorsque les indices spectraux dérivés de l'imagerie satellite ne permettent pas de détecter avec précision les changements de végétation. Elle est calculée en définissant les données de référence, en catégorisant les pratiques de restauration et en estimant les facteurs d'accroissement pour chaque mesure mise en œuvre.

L'exécution de ce processus permet d'obtenir la superficie directement et indirectement touchée.

  • Disposer d'une base de référence avec les mêmes variables et modèles géospatiaux pour effectuer des comparaisons crédibles et fiables dans le temps.
  • Disposer d'une base de données des unités de gestion qui reflète clairement les actions de restauration mises en œuvre sur le terrain.
  • Mettre en œuvre un processus de formation et de renforcement des capacités avec un conseiller désigné, où les doutes et les incertitudes concernant les aspects méthodologiques et les technologies à utiliser sont résolus, ce qui facilite leur adoption.
  • Les bases de données qui incluent les mesures de restauration dans les territoires doivent être fiables et, de préférence, avoir été vérifiées par un suivi sur le terrain et un contrôle des données.
  • Si les concepteurs et les exécutants de projets de restauration mettent en œuvre ces méthodes dans différentes zones, il est important d'homogénéiser les variables, leur traitement et l'échelle à laquelle ils les mettent en œuvre.
Développement d'une base de données sur les mesures de restauration

L'objectif de ce module est de fournir aux concepteurs et aux exécutants de projets de restauration d'écosystèmes et de paysages un outil de collecte d'informations clés sur le terrain afin de mesurer l'impact des actions de restauration proposées.

Les étapes de sa mise en œuvre sont les suivantes :

  1. Enquête sur les unités de gestion : elle fournit des informations complètes sur les sites sélectionnés pour les actions de restauration et comprend le nom et le sexe du producteur, le numéro et le code de l'unité de gestion, les limites administratives, les coordonnées géographiques, la superficie et le statut juridique de l'unité de gestion, l'utilisation prédominante des terres et une photographie du site.
  2. Enquête sur les sous-unités de gestion : elle fournit des informations complètes sur les mesures de restauration spécifiques à mettre en œuvre sur les sites sélectionnés et comprend les codes des sous-unités de gestion, les coordonnées et les superficies des sous-unités de gestion, l'utilisation actuelle des terres, l'utilisation future des terres, les mesures de restauration et les pratiques à mettre en œuvre.

L'exécution de ce processus permet de disposer d'informations qui relient les actions de restauration à l'amélioration des services écosystémiques dans différentes parties du paysage.

  • Intégrer les nouvelles technologies et les systèmes de répartition du travail pour que la collecte et le traitement des données sur le terrain soient rentables.
  • Développer des protocoles de communication et de performance entre les équipes de bureau et de terrain afin de collecter des données de qualité.
  • Disposer d'un système de supervision qui fournisse un retour d'information en temps utile sur la collecte et le traitement des données et qui évite le retraitement.
  • Le processus de collecte des unités de gestion est la partie la plus chronophage de cette solution (estimée à 2% du montant de l'exécution du projet), et nécessite donc une planification détaillée et précise des technologies à utiliser, du nombre de personnes nécessaires et des modalités de traitement des données, car si cela n'est pas fait de manière appropriée, les coûts risquent d'augmenter.
  • Afin de veiller au traitement et à la qualité des données, une supervision croisée (personnel interne de l'organisation qui n'est pas lié au projet) ou une externalisation (personnel externe qui a été engagé à cette fin) est nécessaire, ce qui peut permettre d'identifier des incohérences dans les bases de données et ce qui a été exécuté sur le terrain.