Published January 10, 2023 | Version v1
Publication Open

Global positioning with animal‐borne pressure sensors

Creators

  • 1. Cornell University
  • 2. Swiss Ornithological Institute
  • 3. Reality of Aid Africa Network
  • 4. Utrecht University
  • 5. University of Latvia

Description

Abstract Over the past decades, tracking technologies have become more ubiquitous and helped uncover crucial spatiotemporal relationships in nature. In order to apply these technologies to small animals and reduce any potential adverse impact of devices, geopositioning methodologies compatible with lightweight devices are highly sought after. Measured by lightweight geolocators, atmospheric pressure provides an untapped opportunity for global geopositioning, as its natural temporal variation is unique to each location. In this study, we estimate the position of birds by comparing pressure data recorded by the geolocator with reference data from a global weather reanalysis database. The method produces a likelihood map of the position based on (1) a mask of the locations for which the ground‐level elevation matches the pressure measured by the geolocator and (2) a mismatch between the temporal time series measured by the geolocator and the reanalysis dataset. This new method is introduced step by step and applied to 16 tracks of nine long‐ and short‐distance migrant species. Using known positions of double‐tagged individuals (light and pressure data), we demonstrate that our method is almost three times more accurate than light‐based positioning with an average error of 44 km in our trials. In contrast to the traditional light‐based approach, pressure geolocation can provide useful information for short stationary periods (less than a day) and is not affected by the equinox problem nor by any shading effects due to weather or animal behaviour. To facilitate the application of the method, we developed an R package GeoPressureR , together with a user guide GeopressureManual and starting code GeoPressureTemplate . The use of pressure sensors to position animals has the potential to become widespread thanks to the combination of both affordable lightweight devices (<0.4 g) and this method to estimate position of the device precisely and accurately. In particular, such devices can now be applied to short‐distant migrants (>100 km), forest‐dwelling species, nocturnal animals and altitudinal migrants.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

على مدى العقود الماضية، أصبحت تقنيات التتبع أكثر انتشارًا وساعدت في الكشف عن العلاقات الزمانية المكانية الحاسمة في الطبيعة. من أجل تطبيق هذه التقنيات على الحيوانات الصغيرة وتقليل أي تأثير سلبي محتمل للأجهزة، يتم البحث بشدة عن منهجيات تحديد المواقع الجغرافية المتوافقة مع الأجهزة خفيفة الوزن. يوفر الضغط الجوي، الذي يقاس بالمحددات الجغرافية خفيفة الوزن، فرصة غير مستغلة لتحديد الموقع الجغرافي العالمي، حيث أن تنوعه الزمني الطبيعي فريد من نوعه في كل موقع. في هذه الدراسة، نقدر موقع الطيور من خلال مقارنة بيانات الضغط المسجلة بواسطة محدد الموقع الجغرافي مع البيانات المرجعية من قاعدة بيانات إعادة تحليل الطقس العالمية. تنتج الطريقة خريطة احتمالية للموضع بناءً على (1) قناع للمواقع التي يتطابق فيها ارتفاع مستوى الأرض مع الضغط المقاس بواسطة محدد الموقع الجغرافي و (2) عدم تطابق بين السلسلة الزمنية الزمنية المقاسة بواسطة محدد الموقع الجغرافي ومجموعة بيانات إعادة التحليل. يتم تقديم هذه الطريقة الجديدة خطوة بخطوة وتطبيقها على 16 مسارًا من تسعة أنواع مهاجرة طويلة وقصيرةالمدى. باستخدام المواضع المعروفة للأفراد ذوي العلامات المزدوجة (بيانات الضوء والضغط)، نثبت أن طريقتنا أكثر دقة بثلاث مرات تقريبًا من تحديد المواقع القائمعلى الضوء بمتوسط خطأ يبلغ 44 كم في تجاربنا. على النقيض من النهج التقليدي القائمعلى الضوء، يمكن أن يوفر تحديد الموقع الجغرافي للضغط معلومات مفيدة لفترات ثابتة قصيرة (أقل من يوم) ولا يتأثر بمشكلة الاعتدال ولا بأي تأثيرات تظليل بسبب الطقس أو سلوك الحيوان. لتسهيل تطبيق الطريقة، قمنا بتطوير حزمة R GeoPressureR، جنبًا إلى جنب مع دليل المستخدم GeopressureManual ورمز البدء GeoPressureTemplate . إن استخدام مستشعرات الضغط لوضع الحيوانات لديه القدرة على الانتشار على نطاق واسع بفضل الجمع بين كل من الأجهزة خفيفة الوزن بأسعار معقولة (<0.4 جم) وهذه الطريقة لتقدير موضع الجهاز بدقة وبدقة. على وجه الخصوص، يمكن الآن تطبيق هذه الأجهزة على المهاجرين لمسافات قصيرة (>100 كم)، والأنواع التي تعيش في الغابات، والحيوانات الليلية والمهاجرين في المرتفعات.

Translated Description (French)

Résumé Au cours des dernières décennies, les technologies de suivi sont devenues plus omniprésentes et ont permis de découvrir des relations spatio-temporelles cruciales dans la nature. Afin d'appliquer ces technologies aux petits animaux et de réduire tout impact négatif potentiel des dispositifs, les méthodologies de géopositionnement compatibles avec des dispositifs légers sont très recherchées. Mesurée par des géolocalisateurs légers, la pression atmosphérique offre une opportunité inexploitée pour le géopositionnement mondial, car sa variation temporelle naturelle est unique à chaque emplacement. Dans cette étude, nous estimons la position des oiseaux en comparant les données de pression enregistrées par le géolocalisateur avec les données de référence d'une base de données mondiale de réanalyse météorologique. Le procédé produit une carte de probabilité de la position basée sur (1) un masque des emplacements pour lesquels l'élévation du niveau du sol correspond à la pression mesurée par le géolocalisateur et (2) un décalage entre la série temporelle mesurée par le géolocalisateur et l'ensemble de données de réanalyse. Cette nouvelle méthode est introduite étape par étape et appliquée à 16 pistes de neuf espèces migratrices de longue et de courte distance. En utilisant des positions connues d'individus à doublemarquage (données de lumière et de pression), nous démontrons que notre méthode est presque trois fois plus précise que le positionnement basésur la lumière avec une erreur moyenne de 44 km dans nos essais. Contrairement à l'approche traditionnelle baséesur la lumière, la géolocalisation par pression peut fournir des informations utiles pour de courtes périodes stationnaires (moins d'une journée) et n'est pas affectée par le problème de l'équinoxe ni par les effets d'ombrage dus aux conditions météorologiques ou au comportement animal. Pour faciliter l'application de la méthode, nous avons développé un package R GeoPressureR, ainsi qu'un guide d'utilisation GeopressureManual et un code de départ GeoPressureTemplate . L'utilisation de capteurs de pression pour positionner les animaux a le potentiel de se généraliser grâce à la combinaison de deux appareils légers abordables (<0,4 g) et à cette méthode pour estimer la position de l'appareil avec précision et précision. En particulier, de tels dispositifs peuvent maintenant être appliqués aux migrants à courte distance (>100 km), aux espèces forestières, aux animaux nocturnes et aux migrants altitudinaux.

Translated Description (Spanish)

Resumen En las últimas décadas, las tecnologías de seguimiento se han vuelto más omnipresentes y han ayudado a descubrir relaciones espaciotemporales cruciales en la naturaleza. Con el fin de aplicar estas tecnologías a los animales pequeños y reducir cualquier posible impacto adverso de los dispositivos, las metodologías de geoposicionamiento compatibles con dispositivos ligeros son muy buscadas. Medida por geolocalizadores ligeros, la presión atmosférica ofrece una oportunidad sin explotar para el geoposicionamiento global, ya que su variación temporal natural es única para cada ubicación. En este estudio, estimamos la posición de las aves comparando los datos de presión registrados por el geolocalizador con los datos de referencia de una base de datos de reanálisis meteorológico global. El método produce un mapa de probabilidad de la posición basado en (1) una máscara de las ubicaciones para las cuales la elevación a nivel del suelo coincide con la presión medida por el geolocalizador y (2) un desajuste entre las series temporales medidas por el geolocalizador y el conjunto de datos de reanálisis. Este nuevo método se introduce paso a paso y se aplica a 16 pistas de nueve especies migratorias de larga y corta distancia. Usando posiciones conocidas de individuos con dobleetiqueta (datos de luz y presión), demostramos que nuestro método es casi tres veces más preciso que el posicionamiento basadoen la luz con un error promedio de 44 km en nuestros ensayos. En contraste con el enfoque tradicional basadoen la luz, la geolocalización a presión puede proporcionar información útil para períodos estacionarios cortos (menos de un día) y no se ve afectada por el problema del equinoccio ni por ningún efecto de sombra debido al clima o al comportamiento de los animales. Para facilitar la aplicación del método, desarrollamos un paquete R GeoPressureR, junto con una guía de usuario GeopressureManual y el código inicial GeoPressureTemplate . El uso de sensores de presión para posicionar a los animales tiene el potencial de generalizarse gracias a la combinación de dispositivos ligeros asequibles (<0,4 g) y este método para estimar la posición del dispositivo con precisión y exactitud. En particular, estos dispositivos ahora se pueden aplicar a migrantes de corta distancia (>100 km), especies que habitan en los bosques, animales nocturnos y migrantes altitudinales.

Files

2041-210X.14043.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9118899cfe9b727a42d728e01e10b0d2
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحديد المواقع العالمية باستخدام مستشعرات الضغط التي تنقلها الحيوانات
Translated title (French)
Positionnement global avec des capteurs de pression d'origine animale
Translated title (Spanish)
Posicionamiento global con sensores de presión transportados por animales

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4315481294
DOI
10.1111/2041-210x.14043

Is supplement to
https://openalex.org/W638711992 (Other)
https://openalex.org/W4297793356 (Other)
https://openalex.org/W4252119051 (Other)
https://openalex.org/W3214971418 (Other)
https://openalex.org/W3105229732 (Other)
https://openalex.org/W2945387931 (Other)
https://openalex.org/W2900145650 (Other)
https://openalex.org/W2892370851 (Other)
https://openalex.org/W2799094075 (Other)
https://openalex.org/W2163194970 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Kenya

References

  • https://openalex.org/W160155272
  • https://openalex.org/W1619841713
  • https://openalex.org/W1944732173
  • https://openalex.org/W2088288832
  • https://openalex.org/W2103576559
  • https://openalex.org/W2105607843
  • https://openalex.org/W2120617868
  • https://openalex.org/W2140452356
  • https://openalex.org/W2168532251
  • https://openalex.org/W2326020486
  • https://openalex.org/W2504917244
  • https://openalex.org/W2586642274
  • https://openalex.org/W2588356093
  • https://openalex.org/W2610422756
  • https://openalex.org/W2786846898
  • https://openalex.org/W2801920826
  • https://openalex.org/W2810284992
  • https://openalex.org/W2888064319
  • https://openalex.org/W2901111269
  • https://openalex.org/W3002296865
  • https://openalex.org/W3006393566
  • https://openalex.org/W3011192328
  • https://openalex.org/W3045284823
  • https://openalex.org/W3092003778
  • https://openalex.org/W3102036216
  • https://openalex.org/W3135122920
  • https://openalex.org/W3207922555
  • https://openalex.org/W4388290870