Non-invasive estimation of souslik populations by automated counting of burrow openings and describing its structure using proximal sensing and machine-learning methods
Ürge populációk roncsolásmentes egyedszámbecslése a járatok automatizált számolásával és a felszín-alatti strukturájuk leírásával felszínközeli tévérzékeléssel és gépi-tanulásos módszerekkel
Title in English
Non-invasive estimation of souslik populations by automated counting of burrow openings and describing its structure using proximal sensing and machine-learning methods
Keywords in Hungarian
abszolút egyedszám, véletlen erdő, pixel alapú képalkotás és -elemzés, földradar
Keywords in English
actual populatoin size, Random Forest, pixel based imagery and interpretation, ground penetrating radar
Discipline
Biodiversity, conservation biology and genetics, invasion biology (Council of Complex Environmental Sciences)
55 %
Earth observations from space/remote sensing (Council of Complex Environmental Sciences)
45 %
Panel
Science Patronage - subprogram 1
Department or equivalent
Institute for Soil Sciences (Centre for Agricultural Research)
Starting date
2022-06-01
Closing date
2023-05-31
Funding (in million HUF)
1.088
FTE (full time equivalent)
0.00
state
closed project
Summary in Hungarian
A projekt keretében látogatni tervezett nemzetközi tudományos/innovációs rendezvény bemutatása és a tervezett részvétel ismertetése Mutassa be a nemzetközi rendezvény jellegét, célját, szervezőit és jelentőségét a nemzetközi tudományos életben. Ismertesse a részvétel célját (pl. előadás, poszter, egyéb aktivitás), a rendezvényen való részvétel várható hatását és jelentőségét a saját kutatói karrier építésében. 6thECCB szervezői: Society for Conservation Biology (SCB) és a Czech University of Life Sciences Prague: Az SCB (Nemzetközi Konzervációbiológiai Társaság) a biodiverzitás védelmét és azt megalapozó tudományos kutatást támogató nemzetközi szervezet. A társaság égisze alatt találhatóak a legrangosabb szakfolyóiratok, valamint rendszeresen rendez nemzetközi konzervációbiológiai konferenciákat és részt vesz az oktatásban, nevelésben is. A szervezet több ezer tagot számlál.
EGU General Assembly szervezői: a „European Geosciences Union” Európa vezető nemzetközi szervezete a föld, planetáris és űrtudományoknak, távérzékelésnek. Kiadóként (19 OA folyóirat) és oktatási szereplőként egyaránt fontos eleme a nemzetközi tudományos közösségnek. Az alapkutatásokon túl külön figyelmet szentel a társadalmi és környezeti (természet és környezetvédelmi) kihívásokat kezelő és a fenntarthatóságot szolgáló alkalmazott kutatásoknak.
Mindkét rendezvény kiemelkedő, egyik legrangosabb eseménye a konzervációbiológiának és a föld, planetáris és űrtudományoknak. Mind az ECCB-re, mind az EGU-ra több mint száz ország, és több ezer résztvevő látogat általában.
A rendezvényeken a tervek szerint egy előadást és egy posztert szeretnék bemutatni. Természetesen a szervezők esetleges kérése szerint hajlandó leszek akár 1-1 előadást vagy 1-1 posztert bemutatni.
A résztvevők képviselik a konzervációbiológia és a távérzékelés neves kutatóit. A bemutatott anyagokon keresztül mód nyílik formális és informális szakmai konzultációra, kapcsolatteremtésre. Együttműködéseket, illetve a kutatási módszerek, megközelítés módosítását, javítását lehet megvalósítani, ami segíti majd az új eredmények publikálását magas rangú, Open Access folyóiratokban, illetve azok minél gyorsabb hasznosulását a természetvédelemben.
A projekt összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Adjon egy rövid, közérthető ismertetést a látogatni tervezett nemzetközi rendezvényről, illetve a részvétel céljáról, várható eredményeiről. A fenti kongresszusok legrangosabb eseményei a természetvédelmi biológiának, távérzékelésnek és gyakorlati alkalmazásainak, ahol száznál több ország képviselteti magát. A bemutatandó előadás és poszter az ELKH által elfogadott stratégiai tématerv „A talaj megafauna természetvédelmi kezelését megalapozó ökológiai kutatások és nem-invazív állománybecslési módszerek fejlesztése felszínközeli távérzékelés és gépi tanulás ötvözésével” kutatási altémájának első eredményeit mutatná be. A szakmai konzultációk nyomán mód nyílna módszertani javításokra, hozzájárulva az eredmények közléséhez rangos, Open Access folyóiratokban. A kutatási projektben védett talajlakó rágcsálók (pl.: ürge, földikutya) aktuális egyedszámának pontosabb becslését valósítjuk meg újszerű eljárásokkal. Ezek az állatok jelentős mennyiségű talajt mozgatnak meg járatrendszereik ásása során. Ökoszisztéma mérnökei a füves pusztáknak, azaz élőhelyet teremtenek más élőlényeknek, gazdagítják a talaj felszíni és felszín alatti heterogenitását, növelik biodiverzitását, javítják szerkezetét, vízháztartását, fizikai és kémiai tulajdonságait. Azonban egyedszámuk folyamatosan csökken, gyakran ismeretlen okok miatt. Állománycsökkenésük valós idejű nyomonkövetéséhez, okainak feltárásához, illetve összességgében hatékonyabb védelmükhöz és kezelésükhöz elengedhetetlen lenne a kolóniák aktuális egyedszámának pontosabb, roncsolásmentes becslése. Felszíni (drónos topográfiai fotogrammetria) és felszínközeli (földradar) képalkotó, adatfelvételezési, spektrális adatelemzési, és gépi tanulás módszereken alapuló osztályozási eljárásokat alkalmazunk a populációk által elfoglalt terület meghatározására és az aktuális egyedszámok becslésére. A módszer alkalmazhatóságát az az egyszerű megfigyelés és összefüggés alapozza meg, miszerint a talajlakó állatok jól elkülöníthető lyukakat és túrásokat hagynak a felszínen. Terepi megfigyelésekkel az aktív lyukak elkülöníthetőek az elhagyottaktól.
Summary
Presentation of the international scientific/innovation event to be visited in the project and description of the proposed participation Present the type, purpose, organizers, and significance of the international event in the scientific community. Present the purpose of the participation (e.g., paper, poster, other activity), the expected impact of the participation in the event and its significance in building your own research career. Organizers of the 6th ECCB: Society for Conservation Biology (SCB) és a Czech University of Life Sciences Prague. The SCB (Society for Conservation Biology) is an international organisation that promotes biodiversity conservation and the scientific research that underpins it. It publishes the most prestigious professional journals, regularly organises international conferences, and is involved in education and training. The organisation has thousands of members.
Organizers of the EGU General Assembly: the "European Geosciences Union" is Europe's leading international organization for earth, planetary and space sciences. It is an important part of the international scientific community, both as a publisher (19 OA journals) and as an educational player. In addition to basic research, it pays particular attention to applied research addressing societal and environmental (natural and environmental) challenges and sustainability.
Both events are prominent and among the most prestigious events in conservation biology and earth, planetary and space sciences. Both the ECCB and the EGU are usually attended by more than 100 countries and thousands of participants.
I have planned to present one oral presentation (ECCB) and one poster (EGU). At the request of the organisers I will be willing to present either only oral presentations or posters.
Participants will represent renowned researchers in conservation biology and remote sensing. There will be opportunities for formal and informal professional consultation and networking through the presented material. Collaborations, modification and improvement of research methods and approaches will be possible by those discussions, which will eventually help me publish new results in high rank Open Access journals and accelerate their use in practial conservation.
Summary and aims of the project for a general audience Provide a short, general introduction to the international event to be visited, the purpose of the participation, and its expected results. These congresses are one of the most prestigious events in conservation biology, remote sensing and its practical applications, with more than 100 countries represented. The presentation and poster to be presented would be the first results of the ELKH research sub-theme "Developing non-invasive population estimation methods by combining near-surface remote sensing and machine learning techniques and ecological research to help manage protected soil megafauna species". Technical consultations at the conferences would allow us to improve the methodologies applied and will contribute to the publication of the results in high-rank Open Access journals. The research project will use novel methods to improve the estimation of the abundance of protected terrestrial rodents (e.g. sousliks, mole rats). These animals move significant amounts of soil during the excavation of their burrows. They are ecosystem engineers of grasslands, i.e. they create habitats for other organisms, enrich the surface and subsurface heterogeneity of the soil, increase its biodiversity, improve its structure, water balance, physical and chemical properties. However, their numbers are constantly declining, often for unknown reasons. A more accurate, non-invasive estimate of the actual population sizes of colonies would be essential to monitor their decline in real time and identify the causes and improve their overall conservation and management. We use surface (drone topographic photogrammetry) and near-surface (ground penetrating radar) imaging, data acquisition, spectral data analysis, and machine learning methods to determine the area occupied by populations and estimate actual population sizes. The applicability of the method is based on the simple observation and correlation that ground-dwelling animas leave distinct holes and mounds on the surface. Field observations can separate active holes from abandoned ones.
Final report
Results in Hungarian
Az ECCB2022 kongresszuson posztert mutattam be az ürge-lyukak bejáratainak félautomatizált azonosításáról és számolásáról. A cseh Környezetvédelmi Min., egy romániai NGO és a szerbiai Újvidéki Egyetem munkatársai mutattak kiemelt figyelmet. Magyar, román, bulgár, moldáv közös pályázat került benyújtásra (Biodiversa +). Beadaásra kerül majd egy magyar-bulgár MTA Mobilitás és TéT, és magyar-szerb Citellus LIFE pályázatok is. Ezek első egyeztetése a kongresszuson valósult meg. Megismerkedtem az ingyenes közösségi-tudományban alkalmazható „KoBoToolbox” adatgyűjtési módszerrel és eszközzel. Az előadások alapján várható az evidencia-alapú természetvédelmi intézkedést megalapozó alkalmazott kutatások és a közvetett, metadatok felhasználásának erősödése, azonban a validálási nehézségek alátámasztják a terepi adatfelvételezés pótolhatatlanságát. Az EGU23 GI5.4 „GPR and other geophysical techniques: Applications and Advancements” szekciójában előadást tartottam. A földradart sikeresen alkalmazzák számos területen, és az adatok feldolgozásában egyre nagyobb szerepet kapnak a különféle kép- és tanítóminta alapú mélytanulásos modellek és metódusok, konvolúciós neurális hálózatok. Ezek a módszerek magas pontosságot érnek el (95%<), egyelőre „zajmentes” kísérleti körülmények között. „FlyRadar: training for drone based GPR usage in future MARS missions” szekció ülésén is részt vettem, amelyen a drón-földradar kombinációjának technikai kivetelezését vizsgálja egy nemzetközi konzorcium.
Results in English
I presented a poster on semi-automated identification and counting of EGS burrow entrances at ECCB2022. Experts from the Czech Min. for Env.., a Romanian NGO, and the University of Novi Sad in Serbia showed interest in the poster. A joint Hungarian, Romanian, Bulgarian and Moldovan project proposal was submitted (Biodiversa+). A Hungarian-Bulgarian MTA Mobility and TéT and Hungarian-Serbian Citellus LIFE proposals will also be submitted. These were first agreed and discussed at the Congress. I was introduced to the free community science data collection method and tool "KoBoToolbox". Based on the presentations, we can expect to see an increase in applied research and the use of indirect, metadata to inform evidence-based conservation actions, but validation difficulties underline the irreplaceability of field data collection. I presented an oral presentation in the session GI5.4 "GPR and other geophysical techniques: Applications and Advancements" at EGU23. GPR has been successfully applied in many fields, and various image and training pattern based deep learning models and methods, convolutional neural networks, are increasingly used in data processing. These methods achieve a high accuracy (95%<), so far under "noise-free" experimental conditions. I also participated in the session "FlyRadar: training for drone based GPR usage in future MARS missions", where an international consortium is investigating the technical implementation of a drone-ground radar combination.
Csongor I. Gedeon, Laura Sherrod, Mátyás Árvai, Gábor Szatmári, János Mészáros: Preliminary results of using ground-penetrating radar (GPR) as a tool to locate artificial burrows and future directions of mapping burrow systems of sousliks or other burrowing mammals alike, EGU2023 Abstracts, 2023
Gedeon Csongor, Árvai Mátyás , Szatmári Gábor , Takáts Tünde , Kovács Zsófia , Mészáros János: Estimating actual abundance of European sousliks: Using UAV imagery, pixel based imaging and random forest classification to count souslik burrows, https://www.researchgate.net/publication/368275570_European_Congress_of_Conservation_Biology_2022_-_Abstract_book, 2023
