2020 Fiscal Year Annual Research Report
野鳥行動解析のためのマルチモーダル生態環境理解・解析技術の構築
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20H00475
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中臺 一博 東京工業大学, 工学院, 教授 (70436715)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井手 一郎 名古屋大学, 数理・データ科学教育研究センター, 教授 (10332157)
鈴木 麗璽 名古屋大学, 情報学研究科, 准教授 (20362296)
森本 元 公益財団法人山階鳥類研究所, 自然誌研究室, 研究員 (60468717)
松林 志保 大阪大学, 基礎工学研究科, 特任准教授(常勤) (60804804)
小島 諒介 京都大学, 医学研究科, 講師 (70807651)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | マルチモーダル環境理解技術 / ロボット聴覚 / 音景解析技術 / 野鳥生態系影響評価 / 個体間コミュニケーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は，ロボット分野で研究開発されてきた「ロボット聴覚技術」を発展させ，視覚処理技術や機械学習技術と統合，生態学・環境学に適用可能な「マルチモーダル環境理解技術」を確立し，野生動物の観測データを質・量ともに数百倍に引き上げる次世代野生動物観測技術の開発により，生態学・環境学を新たなレベルへ導くことをゴールに，野鳥の鳴き声と画像から複数野鳥同時三次元追跡技術を開発し，群れ中の個体間コミュニケーション行動，夜間行動，配偶行動解析に適用すること，実フィールド背景音解析を通じ，音景解析技術を確立，環境・人による野鳥生態系・世代間伝承への影響評価，いずれも手法構築と実フィールド観測・解析の両面から取り組むことを目標としている．初年度については，コロナ禍，ならびにこれに端を発する半導体不足の影響を大きく受け，屋外観測作業が遂行できず，また予定していた新規観測デバイスの構築が遅れた．このため，１年間の繰り越し処理を行ったが，2021年度も大きな状況の好転は見られず，全体として遅延がみられる．この中にあっても，創意工夫を行い，進められる項目について研究を推進し，以下のような実績を上げることができた．
技術的な実績：複数マイクアレイによる三次元追跡技術，校正技術の構築, カメラ付き長期収録デバイスの開発と長期定点観測開始，音景解析技術として，低次元埋め込み手法構築
論文的な実績：雑誌論文7, 国際会議11，国内会議22, 受賞5
その他の実績：本研究課題の国際的なアピール活動として国際会議IEEE/SICE SII 2021 にてオーガナイズドセッション実施，人工知能学会AIチャレンジ研究会で本研究課題をテーマに2回研究会を開催，アウトリーチ活動としてロボット聴覚ソフトウェアHARK講習会を国内外の学会内 (IJCAI2020,人工知能学会合同研究会) で計2回開催．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
上記2つの目標を達成するため，【WP1】複数野鳥マルチモーダル三次元追跡技術構築とその野鳥行動解析への適用，および【WP2】音景解析技術構築と野鳥生態系影響調査への適用の２つのワークパッケージを設定した．
【WP1】では，三次元鳴き声追跡技術構築を目指し，校正問題など基礎的な技術の取り組みを含め，複数マイクアレイを統合する技術を開発[Yamada 2021 SII]，複数野鳥の三次元追跡への適用を試行 [Sumitani 21 Birds]．カメラ付きデバイス開発・収録実施が遅れにより，複数カメラ三次元画像追跡技術構築は，代替カメラでの基礎データ収集実施．スズメ集団行動解析，フクロウ行動解析，キンカチョウ行動解析については，データ収録・解析準備を推進 [Sumitani 21 SII & Matsubayashi 21 SII]．
【WP2】 では，カメラ付き16ch新緑色マイクアレイを2タイプ開発（定点観測用のPoE付Chirpy-D，遠隔地単独収録用の大容量バッテリ付きChirpy-S)．Chirpy-D 4台を利用して，印旛沼周辺市街地にて，長期定点観測を開始，一部アノテーションを実施．複数個所音景解析データ用に，カリフォルニアの研究者に依頼し，既存8chマイクアレイを用いたホシアカトウヒチョウのプレイバック実験収録実施．音景解析技術には，鳴き声のフレーズ単位教師なしクラスタリング，可視化可能な低次元埋め込み手法を構築 [Shizato 21 SII]．
全体として，コロナ禍，ならびにこれに端を発する半導体不足の影響で，収録・デバイス開発に遅れが生じた．次善策として既存デバイスやデータを利用して，技術開発は予定通り進めたが，フィールド実験・検証が難しい状況は変わらず，全体としてはやや遅延して進捗している．
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| Strategy for Future Research Activity |
原則，2年目の計画に則り推進する．【WP1】 複数野鳥マルチモーダル三次元追跡技術構築とその野鳥行動解析への適用については，これまで構築してきた複数アレイ三次元鳴き声追跡技術と複数カメラ三次元画像追跡技術の統合技術の構築を行う．また，2020年度, 2021年度で実施できなかった収録についても並行して実施する．具体的には，集団や個体間行動の観測が可能な森林性鳥類およびスズメを対象にした集団行動収録と解析，フクロウの行動の収録解析，キンカチョウ収録データからの行動解析実施を行う．
【WP2】 音景解析技術構築と野鳥生態系影響調査への適用については，新規開発デバイスChirpyを用いた，長期定点観測（印旛沼周辺市街地）とデータ整備・分析を継続実施する．また，使用者のフィードバックに基づいたデバイス改良も行う．さらに，音景分析のため，既開発の教師なしクラスタリング手法を発展させ，長期間の時系列データに対し，鳴き声と環境変化の相関を複数年にわたり可視化・解析できる手法の構築を進める．
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| Remarks |
HARK講習会の情報・当日の動画も https://hark.jp にて公開
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