作者

GiovanniSolito

u-blox產(chǎn)品中心服務部高級產(chǎn)品經(jīng)理

近年來，全球野生動物數(shù)量大幅減少。2022年《Living Planet Report》顯示，1970年至2018年間，野生物種減少了69%，如今有45,300多個物種瀕臨滅絕。污染（包括水、空氣和土壤污染）、氣候變化、為農(nóng)業(yè)或城市化而過度開發(fā)、棲息地破碎化和喪失、入侵物種和疾病等各種因素導致了物種的減少。過度捕撈、狩獵和偷獵也是動物數(shù)量急劇下降的原因之一。

本文重點介紹利用無線和定位技術監(jiān)測野生動物的保護措施。跟蹤動物的行蹤可提供有關其運動模式、食物來源、繁殖周期和棲息地的寶貴信息。這些數(shù)據(jù)及其分析有助于生物學家、野生動物保護非政府組織和政府調整保護策略，緩解與人類活動的沖突，識別新的威脅等。

監(jiān)測并保護瀕危動物對于保護我們的地球至關重要。然而，我們需要一些切實可行的解決方案來應對在追蹤和監(jiān)測動物時遇到的挑戰(zhàn)。

眾多挑戰(zhàn)，一個跟蹤和監(jiān)測野生動物的數(shù)字解決方案

監(jiān)測動物首先要安裝跟蹤裝置以獲取其位置，并確保定期將獲取的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫艘员氵M一步分析。雖然聽起來很簡單，但要讓追蹤器發(fā)揮作用就需要避開許多障礙。

無論是項圈還是較小的監(jiān)控設備，追蹤器都應該是非侵入式且重量要輕，以避免干擾動物的正常活動。追蹤器應具有極高的數(shù)據(jù)效率，以最大限度地降低昂貴的衛(wèi)星連接成本，在廣闊的地域內(nèi)保持功能，即使在地球上最偏遠的地方也能傳輸位置數(shù)據(jù)。此外，它還應消耗極少的電池電量，以延長使用壽命，避免在捕捉過程中因昂貴的更換費用而對動物造成壓力。

u-blox云定位解決方案將CloudLocate（基于云的定位服務）與緊湊型M10 GNSS模塊相結合，有效地解決了這些難題。

此定位解決方案基于由GNSS接收器捕獲的衛(wèi)星快照，然后通過衛(wèi)星連接上傳到云端，并通過CloudLocate服務解析成位置信息。這是一種原生緊湊型解決方案，因為追蹤器只需要集成一個小型的GNSS接收器，而不需要依賴地面基礎設施（如蜂窩塔），在偏遠和野外地區(qū)這些基礎設施往往稀缺或不存在。由于不需要基礎設施，成本也顯著降低。此外，基于云的定位解決方案通過多種方式大幅降低了功耗。

不連續(xù)的電池使用。在其不連續(xù)的追蹤模式下，定位解決方案可以每隔幾天、幾周或幾個月對動物進行幾次定位追蹤。

單次定位的電池消耗量最小。GNSS接收器需要3到10秒來捕獲一個有效的信號快照，因此相比標準工作模式，電池功耗降低了70%。無論追蹤間隔如何，捕獲時間都保持一致。由于捕獲時間很短，用戶可以快速驗證是否可以獲得動物的確切位置，即使是在水下或地下。

量化電池壽命。使用其他技術很難計算電池的使用壽命，因為例如動物側臥可能會導致GPS和衛(wèi)星信號超時。基于云的定位解決方案可以量化電池壽命，因為每次快照所需的時間都差不多。即使可能缺乏數(shù)據(jù)和GPS 定位信息來計算，這也不是問題，因為GPS和衛(wèi)星無論如何都會超時。

無需A-GNSS技術。定位解決方案不使用任何輔助全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）技術，這通常是為了盡量減少電池消耗。這種方法的兩個主要優(yōu)點是 1）節(jié)省與云的數(shù)據(jù)通信；2）與不支持從云到設備的輔助GNSS數(shù)據(jù)交換的低帶寬連接兼容。

將定位估算傳輸?shù)皆贫耍嚎蔀镚NSS接收器節(jié)省額外的處理能量。

適應性。追蹤器可以在標準模式下不使用GNSS接收機，而是采用云定位解決方案來接收云端的位置估計。通過這種方法，追蹤器每天可以通過CloudLocate提供四到十次位置信息。而當設備需要獲取位置信息時，GNSS接收機則可以在標準模式下激活以確定位置，然后使用衛(wèi)星通信作為連接網(wǎng)絡。這種做法將追蹤設備的電池壽命延長至數(shù)年。

用于跟蹤和監(jiān)測野生動物的云定位解決方案已在全球各地成功實施。以下三個獨特的故事展示了u-blox的追蹤解決方案如何根據(jù)不同的物種和生態(tài)系統(tǒng)來滿足不同的需求。

云定位技術在開展

1. 南極洲的阿德利企鵝

美國野生動物保護領導機構Point Blue的科學家目前正在監(jiān)測南極洲羅斯島上的阿德利企鵝群。Cellular Tracking Technologies(CTT)開發(fā)的追蹤器，他們能夠監(jiān)測并分析幼年企鵝的擴散策略和覓食行為。這些數(shù)據(jù)有助于他們進一步了解與海冰變化相關的種群數(shù)量和生長動態(tài)的差異。

阿德利企鵝被認為是一種指示物種，可以幫助科學家評估氣候和環(huán)境的變化。通過監(jiān)測它們的活動模式，研究人員可以評估海洋生態(tài)系統(tǒng)的任何變化。

阿德利企鵝雖然可愛，但千萬不要被它的形象所迷惑，以為追蹤阿德利企鵝很容易。事實上，這并不簡單。這些漂亮的小企鵝個頭小，游泳速度快，時速可達13公里。更困難的是，它們大部分時間都在水下活動，這使得追蹤它們變得異常困難。因此，這些跟蹤設備必須是非侵入式的，耗電量極低，而且數(shù)據(jù)效率高。

2. 非洲大陸的大型貓科動物和其他物種

在南非，杰森-塔爾（Wildlife ACT Innovations）開發(fā)的野生動物追蹤項圈能夠測量四種參數(shù)：海拔、活動、溫度和各種動物的位置，包括穿山甲、大象、犀牛、獅子、獵豹和野狗。

多家公司和組織利用Wildlife ACT創(chuàng)新公司在使用u-blox技術追蹤野生動物項圈方面的專業(yè)知識。該公司的業(yè)務遍及莫桑比克、馬拉維、坦桑尼亞、津巴布韋、納米比亞、肯尼亞和南非，為世界自然基金會、國家公園、非洲公園與和平公園基金會管理的公園以及各種私人保護區(qū)等組織提供支持。他們支持的另一個組織是野生動物法案（Wildlife Act），該組織代表保護區(qū)（主要在南非）監(jiān)測重點瀕危物種。

穿山甲是世界上被販賣最多的哺乳動物之一。每年都有數(shù)以萬計的這種無害的動物因其肉和鱗片而被偷獵，其中鱗片在傳統(tǒng)中藥中具有很高的價值。

從偷獵者手中解救出來的穿山甲到達保護區(qū)時狀況不佳，它們必須接受密集的放歸計劃。這可以確保它們適應新環(huán)境、開始進食并增加體重。這項計劃很有必要，因為穿山甲的食物以特定種類的螞蟻和白蟻為主。它們必須不斷移動才能找到這些昆蟲，這就是它們不能被圈養(yǎng)的原因，即使是短期也不行。

在這種情況下，追蹤裝置就變得非常有用。作為該計劃的一部分，穿山甲最初被放歸，每晚都會受到監(jiān)控，以確保它們進食并適應新環(huán)境。隨著它們逐漸適應新環(huán)境，觀察的頻率也會降低。它們也開始自己照顧自己。放歸后，穿山甲保護計劃的下一步是監(jiān)測它們的活動范圍，因此追蹤裝置仍會留在原處。最終，當穿山甲完全適應環(huán)境并建立了家園范圍后，追蹤裝置就會被移除。

利用云定位解決方案進行每小時一次的GPS跟蹤，穿山甲追蹤器的電池在充滿電后可使用一個半月。間歇性追蹤對于監(jiān)測穿山甲特別有效，因為穿山甲是一種隱蔽性很強的動物，它們的半生都在洞穴中度過。

至于野貓和野狗，項圈有多種用途。

防止基因污染。在南非的小型保護區(qū)，遺傳至關重要。獅子和野狗經(jīng)常遷入遷出，在保護區(qū)之間交換。在這種情況下，需要使用項圈來確保動物不會試圖返回之前的保護區(qū)。一旦動物安頓下來，就可以取下項圈。

防止逃跑。在圍欄保護區(qū)，追蹤野生貓科動物和犬科動物的位置對于防止它們逃脫至關重要。這些保護區(qū)通常周圍是人口密度較高的區(qū)域，而圍欄也可能相當容易出現(xiàn)漏洞。

間歇性使用電池在這種情況下至關重要。如果一只野生貓科動物或犬科動物從保護區(qū)逃出，可以通過激活設備來定位并找回它。通常，這些設備每天提供四到六個GPS位置信息。當確定某個物種可能與人類發(fā)生沖突時，可以增加GPS傳輸?shù)念l率，以便更容易跟蹤。這些設備上的CloudLocate功能可以在僅使用標準GPS功能時將電池壽命從18到24個月顯著延長至最多四年。

適應緩慢的步伐。追蹤獅子、獵豹或野狗的位置之所以具有挑戰(zhàn)性，主要是因為這些動物長時間不動。一只獅子每天可以在地上躺大約18個小時。在這種姿勢下，項圈位于動物頸部朝下，幾乎平行于地面。持續(xù)追蹤這些位置會消耗大量電池能量，因此更傾向于定期拍攝快照。

3. 南非的犀牛

最后一項申請的重點是保護黑犀牛和白犀牛。黑犀牛是一種極度瀕危物種，其數(shù)量已減少到幾千頭。幸運的是，持續(xù)的保護工作使黑犀牛的數(shù)量逐漸增加。然而，同樣影響白犀牛的偷獵威脅繼續(xù)破壞著保護成果。

在一次跨學科合作中，納沙泰爾大學（University of Neuchatel）的生物學家和沃州工程與管理學院（HEIG-VD）的工程師共同開發(fā)了全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）追蹤器的電子設備和信息技術系統(tǒng)，用于跟蹤犀牛的行動。通過收集到的數(shù)據(jù)，研究人員和公園管理員可以有針對性地監(jiān)測犀牛的數(shù)量。

HEIG-VD應用科學教授Jürgen Ehrensberger表示：“瀕危物種的數(shù)字保護是指利用數(shù)字技術幫助物種保護。”

這項研究為黑犀牛保護生態(tài)項目提供了支持，該項目涉及南非的幾個私人公園和國家公園，包括伊薩拉野生動物保護區(qū)（Ithala Game Reserve）、Munywana Conservancy、Hluhluwe-iMfolozi公園和克魯格國家公園。

這種半球形裝置如下圖所示，通常被稱為“角莢”，安裝在犀牛被拔掉角后的后角墩上，以達到反盜獵的目的。這些低功耗追蹤裝置的電池壽命長達兩到三年。

修剪犀牛角已成為保護區(qū)和公園的一項常規(guī)維護工作。其目的是通過減少偷獵動機來保護動物免受偷獵者的侵害。在去角活動中（可以是一般性的，也可以是有針對性的），會給選定的個體安裝角莢。

第一版“角莢”使用LoRaWAN作為通信技術，需要在保護區(qū)內(nèi)部署LoRaWAN網(wǎng)關和塔。此后，該項目一直在不斷發(fā)展，不過在過去一年中，同時測試了一種更簡單、更便宜、更直接的追蹤技術。

新的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)追蹤器配備了衛(wèi)星技術支持的跟蹤接收器（u-blox（CloudLocate + M10全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)接收器）和Astrocast）。這種替代解決方案無需基礎設施，更易于部署，接收效果更好，電池消耗更低，目前正在穆尼瓦納保護區(qū)和克魯格國家公園使用。它使科學家們能夠大幅增加追蹤動物的數(shù)量。到2024年底，預計將有超過150頭犀牛配備可追蹤角莢。

生物學家利用這些數(shù)據(jù)對不同的犀牛種群進行監(jiān)測和研究，主要目的是改進管理方法，增加犀牛數(shù)量，擴大分布范圍，實現(xiàn)物種恢復。具體來說，跟蹤犀牛的位置有助于評估個體的家園范圍和重疊情況、棲息地的使用情況，并采取科學合理的生物管理措施。

這些數(shù)據(jù)對于保護區(qū)的業(yè)務管理也很有價值，因為地球巡護者等綜合平臺可以幫助進行監(jiān)測。例如，護林員可以確定犀牛是在移動還是靜止不動，以及該動物是否已經(jīng)突破了保護區(qū)的邊界。這些追蹤設備還可以追蹤這些動物與其他被追蹤物種（如大象）或車輛的運動關系。

野生動物保護的新篇章

正如我們所展示的，了解動物的行蹤對于防止地球上物種減少的保護工作至關重要。

2015年，聯(lián)合國（UN）推出了一項為期 15 年的可持續(xù)發(fā)展計劃，其中包括 17 項目標，其中一些目標的重點是保護地球上的物種。正如本文所強調的，u-blox云定位技術的一項應用可幫助實現(xiàn)目標 14 和 15：保護水下生命和陸地生命。我們鼓勵在此類項目中使用我們的技術，并完全支持推進這些目標的倡議。

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