Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja
Odtwarzanie treści multimedialnych
Andrzej Majkowski
informatyka + 1
2
GPSy, mikrofony, programy:
jak technologie informatyczne pomagają ekologom zrozumieć
funkcjonowanie zwierząt w środowisku
Krystyna Stachura-Skierczyńska
Wydział Biologii
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Czym jest ekologia?
„Ekologia” w postrzeganiu społecznym:
• Proekologiczna postawa
• Świadomość ekologiczna
• Być „eko”
• „Ekologiczne” opakowania
• Segregacja śmieci
• I tak dalej…
3
Fot. T. Witczak
Czym jest ekologia?
Ekologia jako nauka:
Bada wzajemne powiązania między organizmami i populacjami oraz
organizmami a ich środowiskiem życia (siedliskiem)
4
5
Dla ekologa wysypisko śmieci to też ekosystem
Kadr z filmu Leiputrija (ang. Dreamland, reż. Laila Pakalnina, 2004), ukazującego niezwykłe bogactwo życia na… wysypisku
Ekologia populacji i ekologia przestrzenna
Bada dynamikę populacji,
wpływ środowiska na rozmieszczenie organizmów i zasięgi ich występowania
6
Ekologia behawioralna
Bada zachowanie zwierząt
względem siebie i zmieniających się warunków środowiska
7
Ekologia a „ekologia”?
8
TECHNOLOGIE INFORMATYCZNE
Technologie informatyczne: GIS
GIS (ang. Geographic Information Systems)
= System Informacji Przestrzennej
GIS to zorganizowana baza danych
o środowisku i oprogramowanie
umożliwiające korzystanie z niej
Oprogramowanie GIS
Źródło: Mapy Google
Wielu z nas korzysta z GIS na co dzień, np.
sprawdzając trasę dojazdu na mapach Google
lub w telefonie
GIS – co to jest?
GIS
Dane Programy
Ludzie
Dane o środowisku
Mapy topograficzne
Mapa topograficzna 1: 10 000 fragmentu Puszczy Białowieskiej (woj.
podlaskie); Główny Urząd Geodezji i Kartografii.
Dane o środowisku
Mapy tematyczne
Mapa fitosocjologiczna Magurskiego Parku Narodowego
Dane o środowisku
Zdjęcia satelitarne i lotnicze
Zdjęcie lotnicze fragmentu Puszczy Knyszyńskiej (woj. podlaskie),
Bing Aerial Layers zaimplementowane w środowisku QuantumGIS.
Dane o środowisku
Mapy ogólnodostępne w postaci cyfrowej
Global Land Cover Facility
Corine Land Cover
(CLC 2000, 2006)
Dane o środowisku
Specjalistyczne mapy cyfrowe
Fragment Leśnej Mapy Numerycznej i bazy danych Systemu Informacji
Przestrzennej Lasów Państwowych, PGL LP.
Jak pozyskujemy dane do analizy?
Digitalizacja map
Mapa topograficzna 1: 50 000 z nałożonym fragmentem
wektorowej Leśnej Mapy Numerycznej
Teledetekcja i interpretacja obrazów satelitarnych
Zdjęcie satelitarne Landsat TM obszaru Bamenda Highlands (Kamerun)
Obszary leśne, zidentyfikowane na podstawie zdjęcia satelitarnego
Liczenia ze stymulacją głosową
Dzięcioł średni. Fot. M. Skierczyński
A gdzie jest nasz obiekt badań?
Jak pozyskujemy dane o lokalizacjach zwierząt?
11/20/21 informatyka +
Fot. M. Skierczyński
Skierczyński i in. 2008. Mammalia, 72: 135–148.
Inwentaryzacja norki amerykańskiej
Tropienia, odłowy ze znakowaniem i wyznaczanie terytoriów
metodą MCP (Minimum Convex Polygon)
Oprogramowanie GIS
Komercyjne (np. ArcGIS)
+ Produkt oparty na wieloletnim doświadczeniu firmy ESRI
+ Wiele narzędzi i funkcji + Graficzny interfejs
+ Działa (zasadniczo) bez bugów + Dostęp do wsparcia technicznego
(płatny)
+ Możliwość tworzenia własnych narzędzi (dodatków)
- Wysoka cena
- Nie jest rozwijany na innych platformach poza Windows
Open (np. QuantumGIS)
+ Rozwijany od lat (fundacja OSGEO)
+ Wiele narzędzi i funkcji analogicznych do ArcGIS + Graficzny interfejs
+ Możliwość tworzenia własnych narzędzi, dodatków (tzw. wtyczek) + Darmowy
+ Dostępny dla Windows, Linux, MacOS, Android
+ Zintegrowany z darmowym pakietem statystycznym R - Możliwe bugi
- Nie ma (jeszcze) pełnej
funkcjonalności odpowiednika
komercyjnego
11/20/21 informatyka +
GPS
Global Positioning System (GPS) to globalny system pozycjonowania oparty na 24 satelitach
i ich stacjach naziemnych
Fot. M. Skierczyński
Ptaki, krowy i satelity
Wykorzystanie technologii GIS w ocenie wpływu wypasu krów na sukces lęgowy ptaków w Biebrzańskim Parku Narodowym
Fot. M. Skierczyński
Etap I - ludzie
GPS Pathfinder Office ArcView
Mazurek i Skierczyński 2001- 2003
Fot. M. Skierczyński
Etap II - krowy
Mazurek i Skierczyński 2001- 2003
Fot. M. Skierczyński
Wyniki
Mazurek 2004. W: Kleinschmidt L., Krupa M., Krupa R. (red.) XXXIII Międzynarodowe Seminarium Kół Naukowych, Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie: 91-93.
W miejscach intensywnie wypasanych
jest więcej gatunków ptaków i więcej
osobników przeżywa.
Gdzie? Jakie? Co się stanie? Jak temu zapobiec?
Technologie informatyczne GIS pomagają biologom:
• Odnaleźć miejsca, gdzie dany gatunek potencjalnie może się znajdować
• Określić, jakie warunki siedliska są mu niezbędne do życia
• Ocenić, co może się stać z populacją, jeśli siedlisko się zmieni
• Ustalić priorytety dla ochrony gatunku
modelowanie predyktywne
Z modelowaniem predyktywnym stykamy się na co dzień
Numeryczna prognoza pogody ICM, opracowana przy użyciu programu Met Office.
Uniwersytet Warszawski, 2014. www.meteo.pl
Czym jest modelowanie predyktywne?
Jest to proces, w którym określamy
prawdopodobieństwo wystąpienia zdarzenia
na podstawie dostępnych informacji.
Jak to działa?
?
?
?
Modelowanie rozmieszczenia dzięcioła średniego
Dzięcioł średni.
Fot. M. Skierczyński
Jakie cechy środowiska wpływają na rozmieszczenie dzięcioła
średniego w badanych obszarach?
Czy planowane pozyskanie rębne może zagrozić populacji?
?
Fot. K. Stachura-Skierczyńska
MaxEnt – program do modelowania rozmieszczenia organizmów
Phillips i in, 2006. Ecological Modelling 190, 231–259.
Prosty graficzny interfejs
Narzędzia do oceny jakości modelu i
wagi poszczególnych zmiennych
11/20/21 informatyka +
Wyniki
Dzięcioł średni może występować w siedliskach innych niż „typowe” (stare dąbrowy). Ważne są dla niego również stare olsy.
Planowany wyrąb lasów może w niedalekiej przyszłości spowodować spadek jakości jego siedlisk.
Model Obecny za 10 lat
DK 0,54 0,53
LPND 0,56 0,56 PK 0,56 0,47
Kosiński i Stachura-Skierczyńska, 2014. Ann. Zool. Fenn. 51, w druku.
Fot. K. Stachura-Skierczyńska
Technologie informatyczne: bioakustyka
• Zwierzęta komunikują się między sobą
• Środowisko ich życia oraz ich wzajemne stosunki wpływają na charakter i treść komunikatów
• Bardzo dobrze poznanym typem komunikacji jest śpiew ptaków
Śpiewający trznadel cynamonowy. Bamenda Highlands, Kamerun. Fot. M. Skierczyński
Dlaczego ptaki śpiewają?
• Dobór płciowy – chęć przyciągnięcia partnerki
• Obrona terytorium, gniazda i partnerki – manifestacja swojej „własności”
• Przekaz kulturowy – uczenie się od siebie
nawzajem, podsłuchiwanie, naśladowanie rywali
Apalis pulchra. Bamenda Highlands, Kamerun.
Fot. M. Skierczyński
Warsztat pracy bioakustyka
Telinga Pro Science Mikrofon paraboliczny
Mikrofon dookólny
Fot. M. Skierczyński
Śpiewający dzierzyk żółtobrzuchy.
Bamenda Highlands, Kamerun
Dzierzyk żółtobrzuchy. Bamenda Highlands, Kamerun.
Skrzynki
Fot. M. Skierczyński, A. Wiśniewska
Mikrofony dookólne – nagrywane sygnały są wyświetlane w postaci sonogramów (graficznego zapisu dźwięku).
Przekaźnik radiowy – bezprzewodowy przekaz dźwięku do stacji odbiorczej.
Macierz mikrofonowa
Fot. M. Skierczyński
Analiza komputerowa
Sonogram – graficzny zapis piosenki
Analiza komputerowa
Jak działa macierz mikrofonowa?
Glesmyra, Norwegia
Gatunek: ortolan
Fot. M. Skierczyński
Lokalizacja nadawcy w przestrzeni – system ALS
x = -39.18 y = -50.41
x = 51.24
y = -37.82
Automatyczna klasyfikacja piosenek
Rozmieszczenie terytoriów
Swój czy obcy?
Kadr z filmu „Sami swoi”, 1967, reż. Sylwester Chęciński Kadr z filmu „Aliens”, 1986, reż. Ridley Scott
Hipoteza „dear enemy”: lepszy znany wróg niż nieznany
Zwierzęta bardziej obawiają się obcego osobnika niż znanego sąsiada i reagują zwiększoną agresją
U ortolana agresja przejawia się w np.: podlatywaniu w stronę
rywala, ostrzegawczych głosach.
Eksperyment z playbackiem interaktywnym
Fot. M. Skierczyński
Playback interaktywny pozwala na prowadzenie „rozmowy” z badanym osobnikiem
Włączając się w trakcie jego piosenki z własnym
playbackiem (tzw. song
overlapping), możemy
obserwować jego reakcję
„luzik”
Zainteresowanie (przeloty w kierunku
rywala)
Irytacja
Ostrzeżenie
„rękoczyny”
Subiektywno-naukowa skala nastroju samca ortolana
(głos ostrzegawczy)
Zmienne 95% przedziały ufności Wald’a
Wald 2 p
Alternating Overlapping
Opóźnienie przelotu (s) 49.74 – 98.76 25.58 – 65.08 4.014 0.045 Opóźnienie do
najmniejszego dystansu (s) 48.66 – 98.17 34.66 – 70.67 2.400 0.121 Najmniejszy dystans (m) 17.97 – 32.03 7.49 – 18.68 8.841 0.003
Przeloty przed playbackiem 0.00 – 0.00 0.00 – 0.00 - -
Przeloty podczas playbacku 0.50 – 1.67 1.75 – 4.75 8.485 0.004
Przeloty po playbacku -0.07 – 0.24 0.13 – 1.37 7.385 0.007
Piosenki przed
playbackiem 10.58 – 12.76 11.37 – 12.79 0.557 0.456
Piosenki podczas playbacku 9.86 – 13.80 8.66 – 12.84 0.867 0.352
Piosenki po playbacku 11.71 – 13.13 5.94 – 13.22 2.537 0.111
Głosy przed playbackiem 0.00 – 0.00 0.00 – 0.00 - -
Głosy podczas playbacku -1.98 – 11.82 4.25 – 26.25 8.308 0.004
Głosy po playbacku -0.41 – 3.41 1.15 – 36.68 4.006 0.045
Na początku sezonu lęgowego - ptaki się nie znają
Skierczyński, 2010, dane niepubl.
„luzik”
zainteresowanie
irytacja
ostrzeżenie
„rękoczyny”
Na początku sezonu lęgowego - ptaki się nie znają
Zmienne
95% przedziały ufności Wald’a
Wald 2 p
Alternating Overlapping
Opóźnienie przelotu (s) 82.47 – 124.13 77.18 – 125.22 0.014 0.907 Opóźnienie do
najmniejszego dystansu (s) 84.48 – 124.12 78.28 – 125.32 0.021 0.886
Najmniejszy dystans (m) 23.15 – 34.85 24.21 – 34.19 0.002 0.961
Przeloty przed playbackiem 0.00 – 0.00 0.00 – 0.00 - -
Przeloty podczas playbacku -0.19 – 1.39 -0.17 – 0.97 0.135 0.713
Przeloty po playbacku -0.01 – 0.81 0.12 – 0.77 0.029 0.866
Piosenki przed playbackiem 10.43 – 11.79 11.19 – 13.41 3.111 0.078 Piosenki podczas playbacku 10.91 – 14.89 9.25 – 14.55 1.429 0.232
Piosenki po playbacku 9.25 – 12.95 8.04 – 12.36 0.306 0.580
Głosy przed playbackiem 0.00 – 0.00 0.00 – 0.00 - -
Głosy podczas playbacku -1.12 – 3.72 -1.89 – 11.49 2.309 0.129
Głosy po playbacku 0.00 – 0.00 -1.56 – 10.56 2.122 0.145
Druga połowa sezonu lęgowego - ptaki już się znają
Skierczyński, 2010, dane niepubl.
