絶滅の危機に瀕しているハイイロテナガザル保護向上のための音響モニタリング
フル・ソリューション
海南ギボン
HINP
海南テナガザル（Nomascus hainanus）は世界で最も絶滅の危機に瀕している霊長類の1つで、中国海南省のバワンリン地域に生息している。より良い保全のためには包括的な追跡とモニタリングが必要だが、生体追跡が困難なため、モニタリングには音響機器が必要である。
"Tech4Nature "は、国際自然保護連合（IUCN）と華為技術（ファーウェイ）が共同で立ち上げた世界的なプロジェクトで、ICT産業、デジタル技術、IUCNグリーンリスト基準を組み合わせ、より科学的な保護対策を開発することを目的としており、海南テナガザルの音響モニタリングプロジェクトに技術支援を提供している。海南テナガザルの音響モニタリングは、現在までに、5つの家族グループのモニタリングの完全なカバーが達成され、自動識別とリアルタイムのバックトランスミッションが実現された。
最終更新日 30 Sep 2025
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プロセス
プロセスの概要
3つの構成要素は、時系列で行われる。フィールド調査(BB1)は、録音機器の配置と設置(BB2)の基礎となり、データの定量化とデータベースの構築(BB3)、サウンドパターンの解析(BB4)、認識モデリング(BB5)の基礎となる。これらの成果は、国際シンポジウム(BB6)において交換され、より大きな影響を与えるために協議された。この3つのブロックは、海南ギボンズの音響モニタリングと個体認識という共通の目標を持つ。これらのブロックは、上記の目的を達成するために、段階的なデータ収集、保存、分析を可能にするように設計されている。
ビルディング・ブロック
フィールド・リサーチ
2021年11月下旬から12月上旬にかけて、海南国立公園研究所（HINP）は保護区内のテナガザルの5つの家族群（A群～E群）とその周辺で、関連する専門家とバワンリン保護区のスタッフの参加を得て現地調査を実施した。この調査では、海南テナガザルの各集団の生息地をカバーする8カ所の定点観測地点と21カ所の監視地点を設定し、48人のチームメンバーが同時に参加した。
実現可能な要因
- 過去の海南テナガザルモニタリングデータの蓄積
- 経験豊富な専門家の参加
- 海南国家公園研究院（HINP）の支援
教訓
現地調査は海南テナガザル保護のためのデータサポートとなり、タイムリーな情報把握と保護計画の策定に重要な役割を果たした。
録音機器のレイアウトと設置
調査結果に基づき、4G信号のカバー範囲と組み合わせて、リアルタイム伝送機能を持つ国産の4G信号自動録音装置一式（製品モデル：LBird-01211）をバワンリン保護区の海南テナガザルの典型的な環境に設置した。
実現可能な要因
現地調査の結果、グループCとグループEは4Gの電波が強く、技術者がテストした録画機器の遠隔伝送条件を満たすことができた。そのため、グループCには3セット、グループEには2セットの機器が配備されることになった。
教訓
同装置は、遠隔で取得した環境・位置情報を含む音声データを解析し、発音という観点からレイアウトエリアにおける個人の発声認識の練習を試みる。
データの定量化とデータベース化
音の生データをAdobe Audition 3.0またはAvisoft-SASLab Pro音響分析ソフトウェアにインポートし、リサンプリング（サンプルサイズ：44100Hz、ウィンドウサイズ：1024ポイント）した後、WAV形式で個別に保存。海南テナガザルの鳴き声の特徴を測定し、個体間の音響指標の違いを分析し、個体ごとの海南テナガザルの鳴き声パターンのデータベースを構築するために、高品質な波形とソノグラムを選択した。次に、実装した音声認識モデルを用いて個体ごとの音声認識を行う。最後に、音取得の有効性を評価し、音認識の精度を評価する。このうち、音の認識効果の評価は、主にフィールド調査や他の音のモニタリング結果との比較によって行われる。
実現可能な要因
取得した海南テナガザルの時間周波数領域の特徴に基づき、発声データベースと連動して自動認識に使用するパラメータを決定した。選択された時間周波数パラメータは自動認識ソフトウェアにインポートされ、開発されたアルゴリズムプログラムにより、録音から海南テナガザルの鳴き声が自動的に識別・抽出された。音声データに含まれるテナガザルの数などの情報は、さまざまなクラスタリングや識別法によって評価される。
教訓
全自動の音響モニタリング装置は、このプロジェクトのデータ処理に欠かせない。送信された音響データは自動的にファーウェイのクラウド空間に保存される。海南生物多様性の音パターン・ファーウェイ・クラウド・データベースが構築されれば、個々の音の認識が可能になる。
サウンドパターン分析
ポータブル・レコーダーによるテナガザルの追跡・観察で得られたサンプルと、自動レコーダーで得られたサンプルを含め、532の海南テナガザルの音響サンプルの手動スクリーニングが完了した。スクリーニングの過程で、まず録音の質を高、中、低の3つに分類した。その結果、7名の個体から44件の高音質録音が得られた。GAM1、GBM1、GBSA、GCM1、GCM2、GDM1、GEM1であり、「G」の後のアルファベットは家族グループ番号、「M/S」の後のアルファベットは成人男性／亜成人男性の個体番号を表す。手動による記録は全体の約40.9%に過ぎない。すべての自動録画の生ファイルは王継超教授のチームから提供され、関連データは海南国立公園研究所にバックアップされた。
実現可能な要因
Mel-frequency cepstrum coefficients (MFCCs)は、人間の聴覚[1]に基づき、高周波情報を弱めた後、セプストラムにより周波数包絡線の特徴を抽出する手法であり、人間音響学や生体音響学の分野で幅広く応用されている。本研究では、MFCCと1次差分、2次差分（△、△2）を用いて自動特徴抽出を行う。
教訓
海南テナガザル（オス）の5つの特徴音が同定された（図1）。ブーム音、aa音、前変調音、変調-R0音、変調-R1音である。
音響ニッチ仮説によれば、異なる種の鳴き声は時間領域と周波数領域で区別されるため（図2参照）、特定の周波数帯域の特徴を抽出することで、ノイズの影響を大幅に低減することができ、周波数帯域を狭くするほど、より多くのノイズを排除できる可能性が高くなる。また、それぞれの最小認識単位（MRU）の構造が同じであれば、認識の難易度は大幅に下がる。
このような状況を踏まえ、今回の研究では、(1) pre のみ、(2) pre + n×mR0 をそれぞれ MRU として適用し、分類結果を比較することで、その後の作業で最適な特徴抽出を決定することを試みた。音声アノテーションの場合、上記のステップはすべてR言語コードによって自動的に実装することができる。
認識モデリング
特徴数が多すぎるため、特徴抽出後に10重クロスバリデーションのSVM-RFEを用いて重要度のランク付けを行い、LDA分類のために順次特徴を追加し、選択した特徴数による精度の変化を記録し、最終的に最適な特徴数を以降の分類の入力として記録した（図8参照）。LDA分類の最高精度は89.2%(pre)/95.6%(pre + n×mR0)であった。
窓の数を固定して抽出したMFCCは、いずれもLDA分類においてGMMフィッティング法を上回る結果を得られなかったため（6窓：86.6%、10窓：88.5%、100窓：80%未満）、GMMフィッティング法によって抽出された特徴のみを用いて、他の分類器の有効性をテストした。このテストでは、データの20%をテストセットとしてランダムに選択し、残りのデータを分類器の訓練に用い、各カーネル関数について10回繰り返し、精度の分布を記録した。その結果、MRUとしてpreのみを用いた場合にはGMMの分類効果は低いが、pre＋n×mR0をMRUとして用いた場合にはpreのみを用いた場合よりも概ね良好な分類効果が得られた。
実現可能な要因
個体認識に用いることのできる分類器は数多く存在する。本研究では、分類器の性能と可能性を考慮し、テナガザルの生体音響やヒトの音声パターン認識の分野でかなり開発されている3つの分類器、すなわち、(1)線形判別分析(LDA)、(2)サポートベクターマシン(SVM)、(3)GMM(測定データと既存データの類似度を判定して分類)の分類効果を比較した。
教訓
音パターン特徴抽出の基本的な方法を特定し、海南テナガザルの個体音認識のための予備的なシステム方法を確立した。その結果、既存のシステム手法は比較的信頼性が高く、プロジェクトの期待目標を達成できることがわかった。その中で、MRUとしてpre + n×mR0を用いること、GMMフィッティング法を用いて音パターンの特徴を抽出すること、分類に線形SVMを用いることがより効果的であることがわかった。今後は、希少個体のデータを継続的に補充し、アルゴリズムシステムの設計を改善し、未知の個体に対する分類器の能力を与え、システムの性能を総合的に評価することで、最終的に海南テナガザルの個体音声認識を実現する予定である。
国際シンポジウム
本シンポジウムは、海南省外事弁公室、海南省天然資源計画局、海南省生態環境局、海南省林業局の指導を受け、中国科学院生態文明研究院ビッグデータ研究室、中国科学院生態文明研究院研究シンクタンク、中国科学院動物学研究所、中国科学院西双版研究所、中国科学院西双版研究所が後援した；また、中国科学院生態文明研究所ビッグデータ研究室、中国科学院生態文明研究所研究シンクタンク、中国科学院動物学研究所、中国科学院西双版納熱帯植物園、清華大学カーボン・ニュートラル研究所、華為技術有限公司環境生態学際先進研究所が後援した。,Ltd.、海南大学、海南師範大学、海南学術連盟、国際竹籐センター三亜研究基地が参加した。
2日間のシンポジウムは「熱帯雨林の代表種であるテナガザルの保護」「熱帯雨林の生物多様性の保護」をテーマに、オンラインとオフラインの活動を組み合わせて開催された。
実現可能な要因
海南国立公園研究所の設立3周年と第8回国際テナガザルの日（2022年10月24日）を記念して、海南省林業局、巫山市政府、海南緑島熱帯雨林公益基金会、海南国立公園研究所の共催で、「熱帯雨林の保護-生態価値の実現」をテーマとする「2022年熱帯雨林国際保護シンポジウム」が開催され、エコ・ファウンデーション・グローバル（EFG）が後援した。
教訓
会議では、以下のような具体的な成果が得られた：
- l GGN憲章（世界ギボン保護ネットワーク憲章）への署名。
- l 海南国立公園研究所に初の GGN 事務局を設置し、GGN ロゴを世界的に発表。
- これは、中国初の5つの国立公園、初の国内保全研究組織が、重要種保護のための国際組織の設立に着手したもので、歴史的意義がある。
- GGNがIUCN SSAと手を結んだ形で、テナガザルを代表とする世界ギボンネットワークの保護宣言を発表する。
- 海南熱帯雨林国立公園保全優先種リスト」をKBAの事例とともに紹介し、「海南熱帯雨林国立公園保全優先種リスト」を正式に発表する。
影響
- 監視効率を高める：海南テナガザルの鳴き声によって作動し、データを記録し、リアルタイムで送信する。
- 生物多様性の保全を支援する：クラウドデータベースの構築は、海南テナガザルの潜在的な単独または群れを発見する科学的根拠を提供し、海南の生物多様性保全に貢献する。
- ヒトの研究への貢献：海南テナガザルはヒトと同様の複雑な音響コミュニケーションシステムを持ち、安定した一夫一婦制または二夫一婦制の交尾システムを持つ。彼らの音響から始まる行動を研究することで、人間の社会、家族、言語、コミュニケーション、その他の行動の進化の起源をより深く理解することができる。
- 保護意識の向上：海南テナガザルの長期的な安定的な発展において、音の認識や精密なモニタリングなどの科学的手段の指標や参考価値を踏まえ、海南テナガザルの保護に技術を応用する経験を交流する。
受益者
- 海南テナガザル
- 地域社会
- 保護地域コミュニティ
- 学界
- ビジター
持続可能な開発目標
SDG 15 - 陸上での生活
ストーリー
海南ギボン
HINP
以前は、海南テナガザルを監視する場合、私たちのチームメンバーはカメラやGPS機器などを携え、山の中でテナガザルを追いかけていました。しかし現在では、海南テナガザルをスマートに監視するための技術を採用しています。たとえば、海南テナガザルの生息地内に赤外線カメラ、音響モニタリング、リアルタイムモニタリング装置を設置しています。こうすることで、体力的な耐久性や天候を心配する必要がなくなる。人間の存在とテクノロジーの組み合わせは、悪天候下での作業や、人間が休息を必要とする夜間のモニタリングなどの問題を効果的に解決する。台風が海南を直撃した際、土砂崩れが発生し、海南テナガザルの山間部での活動ルートの多くが妨げられた。そこで、土砂崩れの影響を受けた谷間にロープの回廊を設置した。このロープ通路の近くで、海南テナガザルを観察した。私たちは、海南テナガザルたちが私たちの作ったロープ回廊を利用してくれるかどうか心配していた。およそ2ヵ月後、赤外線カメラがとらえた最初の画像に、テナガザルがロープの通路を使って反対側の生息地にアクセスする様子が映し出された。私たちの努力が報われた思いがした。海南テナガザルは非常に知的な生き物である。
