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Animación de datos sobre el movimiento de animales silvestres para investigadores, conservacionistas y planificadores urbanos
App de código abierto acelera nuevos descubrimientos del medioambiente
El seguimiento y mapeo de los patrones de migración animal es vital para una coexistencia equilibrada entre animales silvestres y la creciente huella humana. Con datos sobre patrones migratorios y hábitats en la mano, tanto los planificadores urbanos como los conservacionistas pueden orientar proyectos de desarrollo y construcción, equilibrando las necesidades de las poblaciones de animales silvestres con las de las comunidades humanas.
Gil Bohrer, profesor de ingeniería civil, ambiental y geodésica en la Universidad Estatal de Ohio, ha pasado años desarrollando herramientas para analizar datos del movimiento de animales, incluida la Anotación Automatizada de Seguimiento de Datos Ambientales (Env-DATA) para vincular datos de teledetección con huellas de animales. Con su equipo, crearon visualizaciones para mostrar el movimiento de animales.
"Le gustó a todo el mundo", dice.
Después del lanzamiento de Env-DATA en 2011, los investigadores que tenían datos de animales acudían a él con frecuencia para solicitarle ayuda para crear herramientas de análisis y animaciones. Entonces, cuando el Programa de Pronósticos Ecológicos de la NASA brindó una oportunidad para que Bohrer, Justine Missik, desarrolladora, y Sarah Davidson, divulgación de usuarios, pusieran el análisis de datos accesible a la comunidad de usuarios que rastrean el movimiento de animales, Bohrer ya tenía mucha experiencia.
Bohrer organizó una coalición de usuarios finales y lanzó Room to Roam: Yellowstone to Yukon Wildlife Movements (Room2Roam). El objetivo de esta iniciativa es establecer un archivo completo de datos sobre migración animal en la región, proporcionando un recurso valioso tanto para la investigación como para aplicaciones prácticas en la gestión de animales silvestres y los recursos. Con esos datos, Room2Roam puede crear herramientas para mejorar la gestión de animales silvestres, evaluar la eficacia de las áreas protegidas, evaluar la migración y el movimiento de animales silvestres y priorizar las estrategias de conservación en el corredor de animales silvestres de Yellowstone a Yukon (Y2Y).
Movebank contiene 6.5 mil millones de ubicaciones de animales. Los marcadores representan proyectos gestionados por 4.300 usuarios en todo el mundo. (Crédito de imagen: Instituto Max Planck de Comportamiento Animal)
Un corredor de animales silvestres es un pasaje o una franja conectada de tierra natural y protegida que permite a los animales moverse entre áreas de hábitat adecuado que de otro modo el desarrollo humano podría fragmentar. Los corredores de animales silvestres proporcionan rutas migratorias seguras para los animales, donde pueden encontrar alimento y refugio mientras se desplazan entre sitios de alimentación y reproducción.
El corredor de animales silvestres Y2Y, uno de los más grandes del mundo, se extiende más de 2.100 millas desde el Gran Ecosistema de Yellowstone en el oeste de los Estados Unidos hasta el Círculo Polar Ártico en el Territorio Yukón de Canadá. De acuerdo con la Iniciativa de conservación de Yellowstone a Yukon, el área abarca cinco estados estadounidenses, dos provincias canadienses, dos territorios canadienses y al menos 75 territorios indígenas. La extensión contiene ecosistemas de montañas, bosques y pastizales que albergan osos pardos, caribúes, lobos y numerosas especies de aves, incluida el águila real.
Los datos de seguimiento de animales de Room2Roam se almacenan en Movebank, una plataforma global para alojar y acceder a datos del movimiento de animales recopilados a partir de sensores en los animales. Lanzado en 2008 por el Instituto Max Planck de Comportamiento Animal, el Museo de Ciencias Naturales de Carolina del Norte y la Universidad de Constanza, el sitio Movebank ahora contiene más de 6 mil millones de ubicaciones en todo el mundo. Más de 4.300 participantes aportan datos.
Históricamente, los proyectos financiados se han centrado en resultados académicos como artículos de investigación. Por otro lado, Room2Room, prioriza las necesidades de los profesionales, según Davidson, quien también es el curador de datos de Movebank y el coordinador de Room2Roam.
Este nuevo enfoque ha dado como resultado que Room2Roam involucre directamente a los usuarios finales. En su primera reunión de usuarios, Bohrer y los líderes del proyecto Room2Roam se reunieron con casi 40 representantes de agencias y grupos de conservación que trabajan en el corredor de animales silvestres para recopilar comentarios para desarrollar herramientas para la región. Una de las principales peticiones fue Visualización.
El corredor de animales silvestres de Yellowstone a Yukon se extiende más de 2.100 millas desde el Gran Ecosistema de Yellowstone en el oeste de los Estados Unidos hasta el Círculo Polar Ártico en el Territorio de Yukon en Canadá. (Crédito de imagen: Instituto Max Planck de Comportamiento Animal)
"Todos pedían animaciones en sus datos", dice Bohrer.
Construcción de la herramienta
Bohrer había usado MATLAB® para crear visualizaciones en su trabajo. Se contactó con MathWorks para financiar y colaborar en el proyecto Room2Roam, sabiendo que MATLAB estaba a la altura del desafío. "Necesitábamos la capacidad de cálculo de MATLAB para manejar la gran cantidad de datos de movimiento de animales y teledetección", afirma.
"Necesitábamos la capacidad de cálculo de MATLAB para manejar la gran cantidad de datos de movimiento de animales y teledetección".
Dos años después, Room2Roam lanzó ECODATA-Animate. Desarrollada con MATLAB, la app permite a los investigadores crear animaciones personalizadas de movimientos de animales superpuestos en mapas geográficos y observaciones ambientales dinámicas. La app funciona sin una licencia MATLAB y sin conexión, lo que permite a los investigadores ejecutarla en sus computadoras portátiles, incluso en ubicaciones remotas sin acceso a Internet.
Bohrer, Missik y Davidson diseñaron ECODATA-Animate con MATLAB App Designer y Mapping Toolbox™. Para visualizar escenas de animales silvestres, la app utiliza cuatro tipos de datos principales: geográficos, movimiento de animales, ambientales y detalles de ubicación, como caminos y nombres. También puede incluir mapas proporcionados por el usuario en formato SIG, como mapas de desarrollo futuro planificado, por ejemplo. MATLAB combina estas múltiples capas de datos en un único mapa integrado.
"Esa fue una gran ventaja", dice Bohrer. "La mayoría de las otras herramientas no logran hacerlo. MATLAB permite manejarlo muy fácilmente".
ECODATA-Mapa animado de los movimientos de los animales durante un período de un año. (Crédito del vídeo: La Universidad Estatal de Ohio)
Los investigadores y administradores de animales silvestres estaban ansiosos por hacer más con sus datos que crear mapas estáticos, pero crear un video o una animación basados en los datos suele ser difícil para los investigadores sin una sólida formación en codificación.
Pero gracias a la interfaz gráfica de ECODATA-Animate, los investigadores pueden crear fácilmente animaciones vívidas de los movimientos de animales en minutos u horas. Los investigadores del taller para usuarios finales de Room2Roam se sorprendieron de lo rápido que pudieron convertir los datos en animaciones fáciles de entender.
"Al final del primer día, un participante se acercó a los organizadores y dijo: 'Acabo de crear este un vídeo de los bosques que he estado estudiando durante 20 años'", dice Bohrer.
Los datos cobran vida
ECODATA-Animate beneficia a investigadores de animales, servicios de parques, administradores de animales silvestres, administradores de tierras y otras partes interesadas que monitorean los movimientos y hábitats de los animales. Las agencias gubernamentales, como transporte, salud y agricultura, también tienen interés en seguir el movimiento de animales.
"Estamos utilizando un enfoque de ciencia abierta para desarrollar y compartir estas herramientas. "Esto nos permite acelerar el intercambio de información para usos científicos y aplicados".
En el Territorio del Noroeste, los investigadores utilizaron una animación de múltiples especies para ilustrar cómo los diferentes animales salvajes responden a las carreteras. Los caribúes se alejan, lo que puede fragmentar las poblaciones, mientras que los bisontes siguen las rutas, lo que aumenta los riesgos de colisión de vehículos.
"La carretera afecta a ambas especies, pero de formas totalmente diferentes", dice Bohrer.
Las animaciones pueden ayudar a estas diversas partes interesadas a comprender y comunicar mejor los patrones de comportamiento y los requisitos de sostenibilidad de diferentes especies.
"Poder ver un vídeo de un minuto puede marcar la diferencia entre si la gente entiende o no la necesidad de construir un paso elevado para animales silvestres", afirma Davidson.
Interfaz de ECODATA-Animate, fácil de usar para cargar y animar datos de seguimiento de animales. Los datos de seguimiento cargados completarán automáticamente el contenido de los campos, y se pueden actualizar para refinar qué incluir en la animación. (Crédito de imagen: La Universidad Estatal de Ohio)
El profesor Bohrer compartió la app y el código ECODATA-Animate en GitHub y MATLAB File Exchange.
Una vez que el equipo de Roam2Roam construyó la herramienta, otro objetivo de la subvención de la NASA fue ofrecer estas herramientas a grupos e investigadores que trabajan con datos de animales en todo el mundo. Si bien aun está en sus inicios, el alcance de ECODATA-Animate se está expandiendo rápidamente desde que Bohrer compartió la app y el código en GitHub® y MATLAB File Exchange.
"Estamos utilizando un enfoque de ciencia abierta para desarrollar y compartir estas herramientas", explica Davidson. "Esto nos permite acelerar el intercambio de información para usos científicos y aplicados".
Como resultado del gran interés, los integrantes del equipo de Room2Roam han realizado más de 30 presentaciones y talleres a comunidades de investigadores y profesionales que desean aprender más sobre el uso de las herramientas. Eso incluye a algunas personas en Algonquin to Adirondacks (A2A) Collaborative, un grupo similar a Y2Y. A2A protege un corredor de animales silvestres que se extiende a lo largo de 40.000 millas cuadradas en el este de Estados Unidos y Canadá.
Bohrer ve aplicaciones adicionales para ECODATA-Animate. Espera añadir soporte para tipos adicionales de datos de observación, como eBird, una base de datos colaborativa de monitoreo de aves administrada por el Laboratorio de Ornitología de Cornell. También quiere crear una animación de pantalla dividida para tipos de datos basados en la ubicación, como las cámaras trampa, permitiendo que un usuario haga clic en un punto de datos de una cámara trampa y vea un video de la ráfaga de la cámara en una pantalla y un mapa de datos de todas las ubicaciones de las cámaras en la otra. Planea utilizar herramientas MATLAB, como Wavelet Toolbox™, para ampliar los tipos de análisis que se aplican a los datos de movimiento de animales.
Visión global detallada
Bohrer una vez escuchó a alguien de la NASA explicar que no se puede observar nada en ningún lugar o todo en ningún lugar. En otras palabras, la mayoría de los investigadores limitan sus observaciones a regiones pequeñas, mientras que algunos esfuerzos a mayor escala, como los satélites, adoptan una visión más amplia de todo el planeta. La combinación de ambas escalas podría revelar nuevos conocimientos sobre nuestro mundo.
"Necesitamos combinar de alguna manera todas esas observaciones puntuales en una imagen global", dice Bohrer. "Y sin un intercambio abierto de datos, eso nunca sucederá".
ECODATA-Animate redujo las barreras al procesamiento, la síntesis y el intercambio de datos mediante el uso de datos y herramientas comunes, que ofrece conocimientos basados en datos sobre el movimiento de animales y el cambio ambiental a escala global.
Una de las motivaciones para compartir más datos sobre el comportamiento animal es que es un esfuerzo enorme etiquetar y seguir animales (por ejemplo, saltando desde helicópteros para ponerle collares a los caribúes). A menudo, los datos obtenidos con tanto esfuerzo se duermen en las portátiles de investigadores o un repositorio inalcanzable.
Para contrarrestar esto, Bohrer, Missik y Davidson se han asegurado de que las herramientas ECODATA sean gratuitas y de código abierto, y que su uso no requiera revelar datos confidenciales de movimiento. ECODATA-Animate redujo las barreras al procesamiento, la síntesis y el intercambio de datos mediante el uso de datos y herramientas comunes, que ofrece conocimientos basados en datos sobre el movimiento de animales y el cambio ambiental a escala global. Estos conocimientos pueden publicarse.
"Si dentro de 50 años los datos no existen en archivos abiertos, se perderán, junto con nuestra oportunidad de comprender el mundo de manera holística", afirma Bohrer.
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