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神鹰空降在第三维。

秃鹰空降第三个维度,其中赛格将用来计算家庭范围的移动。图片来源:圣地亚哥动物园野生动物联盟。

高性能计算,生态学专家团队,以纾缓野生动物运动的研究

NSF资助由圣地亚哥超级计算机中心,圣地亚哥动物园野生动物联盟和亚利桑那州立大学努力创造新的空间生态学网关

一个老西国歌和迪斯尼电影,“家在范围”的称号松散描述空间生态学家的工作。这些领域的专家一个特定的地理区域,其内的研究动物的动作“活动范围”。从历史上看,这种类型的研究仅限于使用正确的工具专家的一小部分。现在,一组来自圣地亚哥超级计算机中心的研究人员(SDSC)在加州大学圣地亚哥分校,圣地亚哥动物园野生动物联盟(SDZWA)和亚利桑那州立大学(ASU.)已经使人们有可能为他人加入通过空间生态网关(SEG)去就行了。

受资助的美国国家科学基金会(NSF.) Office of Advanced Cyberinfrastructure, SEG is envisioned as an innovative computational resource that will enable researchers, students, wildlife managers and others to upload biotelemetry data—typically Global Positioning System (GPS) readings—and construct home ranges that allow them to interpret animals’ use of space. It will allow for exploration of important problems in ecology, including managing habitat impacts like shrinking home ranges, while letting users focus on the science rather than on mastering the technology helpful to their work.

“很多GPS使用的是跟踪数据,但大多数生态学家都没有计算研究。他们更在家里用实地调查涉及穿上熊衣领和热带雨林地面发现的蜘蛛,”罗伯特说Sinkovits,在SDSC的科学计算应用总监和项目的首席研究员。“赛格将是使该算法可以访问到他们的工具。”

空间生态学家通常与二维(2D)数据,这是足够的跟踪许多动物谁步行移动工作。但是没有那么多的动物,如秃鹰等鸟类谁在垂直方向飞行。

秃鹰的家庭范围的影像图。

秃鹰的家庭范围的影像图。粉红色的描绘内活动范围的体积;白色描绘外活动范围的体积。信用:圣地亚哥动物园野生动物联盟

想找到一种方法来解决计算的费用在三维(3D),Sinkovits和Mona黄(SDSC),詹姆斯·谢泼德(SDZWA)和杰西·刘易斯(ASU),提出了赛格,这是类似于使生物信息学的发展趋势tools (e.g., Basic Local Alignment Search Tool or BLAST) widely available through the web for anyone with questions or insights to answer problems in genomics.

转向3D算法开发人员杰夫·特雷西在美国地质调查局(USGS)的合作者。然后,他们试图在SDSC学生谁执行3D编码工作改编自刘易斯的技术的帮助。其结果是,赛格用户将不得不产生2D或(如适用),3D家庭范围的选项。用户也将提供较低计算强度的工具来执行探索性分析。

“许多动物有3D的一个主要方面,以他们的行动,如深潜鲸和鸟类飙升。Wildlife biologists have been deploying miniaturized biotelemetry devices to track the 3D movements of wild animals for decades, yet only very recently have they been able to investigate the full 3D nature of these ecological ‘Big Data’ because of limitations in mathematical methods and the high computing demands needed to generate realistic 3D models of animal home ranges,” explained Sheppard. “Our initiative will remove these roadblocks by enabling biologists to crunch their animal tracking datasets using powerful 3D home range estimators coupled with the extraordinary computing power of the San Diego Supercomputer Center.”

Sinkovits说,赛格针对学术生态学家和野生动物管理人员,但其他人在应对生态挑战从中获益感兴趣的用户群了。例如,SEG的应用可以延伸到教室工程,基础研究问题,在野生动物生态学,环境影响研究和不良后果的减缓,如生境破碎或增加在新的开发造成人类与野生动物的互动。

在休息神鹰,翅膀跨越。

在休息神鹰,翅膀跨越。图片来源:圣地亚哥动物园野生动物联盟。

“在空间生态学网关将计算密集型的方法评估动物空间利用现有的更广泛的受众,它可以帮助我们更好地管理,并在美国保护各种野生物种和全球范围内,”刘易斯说。

由于家庭范围的概念在20世纪40年代被引入,生态学家从非常简单发展到更复杂的定量方法来研究动物的环境中如何移动。虽然赛格最终将构建家庭范围内部署多个工具,其最初的重点将是布朗桥运动模型(BBMM),使用在相对短的时间间隔获得连续的位置数据提供了一个动物的移动路径的估计-a模型时间。该BBMM帮助革命性地了解动物种群的利用空间。

“这是一个令人兴奋的项目,”说Sinkovits。“如果我退休了,明天,这是我还是想用我的空闲时间做的事。有意思的是,影响力,并具有实际生活中的应用。它使我们能够开发更智能地喜欢截止走廊和龟隧道周围栖息地的影响,东西的工具。”

该奖项由高级网络基础设施的NSF办公室共同由美国国家科学基金会生物科学局内生物基建司的支持,并通过信息与智能系统的NSF计算机与信息科学与工程局内司。