一只斑頭雁的IT故事

楊志杰

如果沒有網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測系統(tǒng)，青海湖的生態(tài)保護(hù)者們，也許仍舊無法了解各種水鳥的生活習(xí)性。

“斑斑”是青海湖近萬只斑頭雁中的一只。4月初，完成了配偶工作的斑頭雁們，陸續(xù)向青海湖的蛋島和三塊石島集中，開始繁殖和孵化下一代。

“斑斑”隨著它的家族來到了蛋島。它們在蛋島的某個區(qū)域，集中筑巢，并構(gòu)建起一個協(xié)同防御的體系：家族中所有成員的巢與巢之間，形成共同的防御區(qū)域，一旦有其他的鳥類進(jìn)入到這個區(qū)域，“斑斑”的兄弟姐妹們，就會群起而攻之。

像其他的斑頭雁一樣，在大的防御區(qū)域內(nèi)，“斑斑”以自己的巢為原點(diǎn)，構(gòu)建了個體防御范圍。倘若其他的鳥類進(jìn)入，它便會發(fā)起攻擊，即便是配偶以外的家族成員。這時候，對于“斑斑”而言，沒有什么事情比順利繁殖出下一代更為重要的了。

侯元生是青海湖國家級自然保護(hù)區(qū)管理局的信息化負(fù)責(zé)人，他的主要工作職責(zé)之一，就是日常維護(hù)中科院為青海湖保護(hù)區(qū)建設(shè)的各種信息化系統(tǒng)。

他說，“如果沒有科研信息化，青海湖保護(hù)區(qū)的大量保護(hù)和科研工作是做不起來的。”對斑頭雁行為的研究，正是以野外探頭收集的海量鳥類視頻圖像為基礎(chǔ)開展的。

20萬年前，青海湖是與黃河相通的淡水湖。由于地殼的劇烈運(yùn)動，13萬年前，青海湖被隆起的山地，圍成了閉塞湖。而隨著氣候逐漸變干，青海湖最終轉(zhuǎn)變?yōu)橄趟?/p>

青海湖是鳥的王國。每年，平均約有5萬到6萬只鳥，來到青海湖，在此棲息和繁殖。這些鳥的種類共有221種。3到4月，雁、鴨、鶴、鷗等夏候鳥陸續(xù)從南方遷徙到青海湖，擇地營巢；5到6月，鳥類們開始繁殖；9月底，夏候鳥開始南遷；12月中旬冬候鳥遷來。

雖然青海湖的保護(hù)者們，能夠描繪出青海湖鳥類來去的規(guī)律，但是對于青海湖的鳥類從何處來，到哪里去，各種不同鳥類的種群數(shù)量為何有時多，有時少，如何更好地保護(hù)鳥類等問題卻一籌莫展——直到科研信息化在青海湖實(shí)施，而最初的由頭卻是禽流感的爆發(fā)。

追蹤鳥的遷徙

2005年5月，在青海湖蛋島上筑巢的“斑斑”忽然發(fā)現(xiàn)，身邊的同伴們一只一只地離開了鳥群，有的顫巍巍地走向湖邊，一頭栽倒，再也沒有起來；有的則遠(yuǎn)離筑巢地，將頭扎到沙灘中，奄奄一息。

5月3日，青海湖的游客們發(fā)現(xiàn)了鳥類的異常情況。生病的鳥不僅僅限于“斑斑”的種群斑頭雁，青海湖夏候鳥四大種群的另外三個：棕頭鷗、魚鷗和鸕鶿也開始出現(xiàn)類似的病癥。

隨后的調(diào)查結(jié)果震驚了全球，世界首例遷徙野生鳥間傳播的高致病H5N1型禽流感，在青海湖爆發(fā)。“不到兩周，死亡鳥類的數(shù)量高達(dá)6000多只，其中斑頭雁死亡近千只，當(dāng)時青海湖鳥類的總量約為4.8萬只。”青海湖國家級自然保護(hù)區(qū)管理局副局長何玉邦回憶道。

禽流感爆發(fā)后，青海湖保護(hù)區(qū)除了按照要求對死亡鳥類進(jìn)行處理外，并沒有更多的辦法去研究，野生鳥類為何會感染禽流感。

中科院信息化專家委員會主任閻保平說，已有研究表明，遷徙的候鳥有可能是高致病H5N1禽流感病毒傳播的攜帶者，青海湖是候鳥中亞遷徙路線中最重要的繁殖地和經(jīng)停地之一，那么，候鳥與家禽之間是否存在潛在的禽流感傳播威脅？候鳥的遷徙路線與禽流感爆發(fā)之間的關(guān)系又如何呢？

在青海湖國家級自然保護(hù)區(qū)管理局副局長何玉邦的心中，在禽流感爆發(fā)后第一時間，率領(lǐng)學(xué)生和同事趕到青海湖的閻保平，是比珍稀動物還要稀少的科學(xué)家。“自帶干糧干活，科研成果共享，在青海湖做應(yīng)用，在青海湖做示范，推進(jìn)青海湖的科研信息化。”他評價道。

為獲得候鳥遷徙路線數(shù)據(jù)，在多次前往青海湖考察后，閻保平所在的中科院網(wǎng)絡(luò)中心牽頭與青海湖自然保護(hù)區(qū)、中科院動物所、病毒所、遙感所、寒旱所、微生物所以及西北高原所聯(lián)合，并與美國地質(zhì)勘探局（USGS）等機(jī)構(gòu)合作，開展了青海湖候鳥遷徙的GPS跟蹤研究。

從2007年到2008年，共有67只鳥類安裝了GPS定位系統(tǒng)，包括29只斑頭雁，“斑斑”便是其中的一只。安裝的GPS系統(tǒng)在兩年后，也就是2010年之后，將自動脫落，按照何玉邦的描述，這相當(dāng)于給鳥背了一個很輕的書包。

侯元生介紹說，此前保護(hù)區(qū)也曾經(jīng)給鳥類裝上過GPS，但當(dāng)初設(shè)備的地理精度和續(xù)航能力都比較差，研究效果并不理想。

這67個憑借太陽能續(xù)航的GPS定位系統(tǒng)，每兩個小時會記錄一次GPS數(shù)據(jù)，每兩天會向衛(wèi)星跟蹤采用的Argos系統(tǒng)上傳一次數(shù)據(jù)。67只鳥持續(xù)發(fā)回數(shù)據(jù)，在中科院建立的衛(wèi)星跟蹤數(shù)據(jù)庫中，研究結(jié)束后，經(jīng)整理，總記錄數(shù)達(dá)到817173條。

Argos系統(tǒng)由數(shù)據(jù)發(fā)射平臺、衛(wèi)星上的DCS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）有效載荷、地面接收處理站和數(shù)據(jù)處理中心3部分組成。科研人員同時使用Google Earth，對跟蹤數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，從而獲得候鳥的遷徙路線。

他們看到，“斑斑”和它的同伴們在離開青海湖后，在瑪多縣附近的湖泊河流，如鄂陵湖、黑河等濕地附近較長停留后，經(jīng)玉樹進(jìn)入西藏境內(nèi)，并集中在拉薩河谷地帶過冬。因?yàn)槟抢锏霓r(nóng)田在冬天有糧食遺留，而當(dāng)?shù)夭孛瘢炔粴⑸膊蝗菰S他人殺生；同時，當(dāng)?shù)囟練夂驕睾汀！鞍甙摺眰冋业搅税踩⑦m宜的濕地環(huán)境過冬。而“斑斑”的一個伙伴，甚至在12月的時候，飛躍了喜馬拉雅山，在印度過了冬——那里曾經(jīng)發(fā)生過禽流感，但中科院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心李健說，這并不能證明野生鳥類的禽流感是由家禽傳染的，除非有新的技術(shù)手段能夠監(jiān)測到鳥類身體內(nèi)部的病變，例如，何時攜帶病毒？

隨后，青海湖保護(hù)區(qū)按照GPS記錄的數(shù)據(jù)，對67只候鳥遷徙的13個主要停經(jīng)地、6個越冬地，展開了地面調(diào)查，發(fā)現(xiàn)這些地方有著相同的特點(diǎn)：有大量的食物資源，同時又遠(yuǎn)離人類聚居區(qū)。“鳥類遷徙的關(guān)鍵是食物和隱蔽場所。”何玉邦總結(jié)道。

雖然到現(xiàn)在為止，究竟是家禽傳染了野生鳥，還是野生鳥傳染了家禽，這一命題仍舊無法解答，但是青海湖生態(tài)保護(hù)者們通過對鳥類遷徙的研究獲得了另一個收獲，就是更加了解了鳥類的習(xí)性，從而能夠更好地保護(hù)它們，以保障它們的種群更好地繁衍下去。

來年春天的3月，“斑斑”們將再次回到青海湖，配偶、繁殖，生態(tài)保護(hù)區(qū)要做的事情是，確保這些鳥類在繁殖的季節(jié)有安全、適宜的筑巢地。

“遠(yuǎn)離”鳥類

禽流感過去了，鳥類們周而復(fù)始的遷徙活動仍在繼續(xù)。

“斑斑”再次回到蛋島，進(jìn)入新一輪的繁殖周期。困擾它繁殖的最大危險，并不僅僅是疾病和天敵，而更多的是來自于人類的干擾。

對于“斑斑”而言，在產(chǎn)卵時看到人，與看到狼的結(jié)果是相同的。斑頭雁有很強(qiáng)的應(yīng)急反應(yīng)，在發(fā)現(xiàn)危險時，親鳥會迅速離開幼鳥，這往往會造成弱小幼鳥的死亡。

事實(shí)上，青海湖保護(hù)區(qū)的工作人員必須要定期前往鳥類繁殖的島嶼檢查是否安全，同時研究鳥類的習(xí)性，也需要人員監(jiān)測。

閻保平說，青海湖科研項(xiàng)目主要圍繞鳥類活動開展，人工觀測環(huán)境惡劣、鳥類數(shù)據(jù)難以獲得。

為了解決青海湖鳥類實(shí)時監(jiān)控的難題，在禽流感發(fā)生的第二年，中科院在青海湖保護(hù)區(qū)蛋島建立了第一個網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測鳥的孵化繁殖、哺育、疾病等行為。

此前，青海湖保護(hù)區(qū)在蛋島曾設(shè)立了4個探頭，視頻傳輸技術(shù)手段較為落后，其主要作用是監(jiān)督游客，避免游客翻越圍欄。

據(jù)侯元生介紹，在過去的這幾年里，青海湖野外實(shí)時視頻監(jiān)測范圍不斷擴(kuò)大，監(jiān)測設(shè)備也不斷升級，網(wǎng)絡(luò)也在2012年由IPv4跨越到了IPv6。

根據(jù)鳥類繁殖區(qū)域，以及珍稀動物普氏原羚的救護(hù)區(qū)域，目前，青海湖野外視頻的監(jiān)控范圍擴(kuò)展到了蛋島、三塊石、海心山、鸕鶿島、布哈河口三角洲、普氏原羚庇護(hù)所六個保護(hù)區(qū)核心區(qū)。

由此，青海湖視頻監(jiān)測系統(tǒng)形成了一張獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，包含6個局域網(wǎng)，除蛋島核心樞紐外，其他5個局域網(wǎng)通過微波，將數(shù)據(jù)匯聚到蛋島監(jiān)控室，蛋島監(jiān)控室則通過光纜與保護(hù)管理局網(wǎng)絡(luò)信息中心互聯(lián)，現(xiàn)在保護(hù)區(qū)的工作人員不用上島就可以實(shí)時監(jiān)控鳥類的狀況了。

在侯元生看來，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)測鳥類習(xí)性的同時，另一個重要作用就是防止?jié)O民、野獸與鳥的接觸。

過去，漁民會去布哈三角洲、三塊石島等地打漁，一方面他們會撿拾鳥蛋，另一方面也會給鳥的繁殖造成騷擾。打漁目前在青海湖是被禁止的。青海湖湟魚是很多鳥類的主要食物，近年來湟魚數(shù)量急劇減少，這有可能會使得鳥類沒有糧食而影響到其種群的生存。“安裝了監(jiān)控設(shè)備之后，漁民就不敢再去鳥類繁殖地了，探頭具有威懾作用，現(xiàn)在，鳥類繁殖地非常安靜。”侯元生說。

侯元生的另一個故事，來自于狐貍。在上一個冬天，青海湖湖面結(jié)冰的時候，有一只狐貍登上了三塊石島，在湖面化開之后，這只狐貍并沒有離開，也沒有辦法離開了，此時大批候鳥回遷，開始繁殖。侯元生從探頭發(fā)現(xiàn)了狐貍，當(dāng)他們到島上驅(qū)趕狐貍時，已經(jīng)有20多只鳥被狐貍咬死。“如果不及早發(fā)現(xiàn)，等到小鳥出來的時候，不知道會咬死多少鳥。”他說。

自從青海湖視頻監(jiān)控系統(tǒng)安裝以來，青海湖管理局，通過探頭在青海湖新發(fā)現(xiàn)了32種鳥類，將青海湖鳥類的數(shù)量由原來的189種，更新到了221種。

“斑斑”們也獲得了前所未有安寧的繁殖環(huán)境。

科研與挑戰(zhàn)

青海湖網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測系統(tǒng)為科研打開了一扇窗戶，通過攝像頭獲取的視頻數(shù)據(jù)，對“斑斑”等鳥類繁殖期間各種習(xí)性的研究，一直在進(jìn)行中，很多研究者也憑此發(fā)表了多篇論文。

而青海湖視頻監(jiān)測系統(tǒng)的圖像，也由普清逐步升級到了標(biāo)清，并最終部分跨越到了高清；后端系統(tǒng)，也從最初的沒有服務(wù)器，依靠光盤存儲數(shù)據(jù)，發(fā)展到了所有視頻數(shù)據(jù)均有當(dāng)?shù)卮鎯瓦h(yuǎn)程異地（北京，中科院）存儲備份。

何玉邦希望這些升級能夠在未來，幫助網(wǎng)民在網(wǎng)上直接觀看青海湖鳥類的實(shí)時視頻。

據(jù)李健介紹，整個青海湖視頻監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)目前租用了20兆帶寬，以與互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接。事實(shí)上，目前每天6個區(qū)域的視頻探頭，形成的高清圖像數(shù)據(jù)，高達(dá)60～70G。

令侯元生高興的是，視頻圖像資料目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能獲取、自動錄入、自動入庫、自動傳輸和自動分類——不同的探頭對著不同的鳥類，這些探頭收集回來的數(shù)據(jù)，會按照不同的鳥類分類入庫。

令侯元生困擾的是，到目前為止，還沒有一種有效的辦法，針對視頻圖像資料進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對鳥類習(xí)性的自動研究。

侯元生現(xiàn)在用的還是土辦法，即設(shè)定一個視頻數(shù)據(jù)分析的流程，首先快速瀏覽，其次將有需求的視頻畫面分組，然后再由不同的研究小組對視頻中鳥類的行為進(jìn)行記錄，最后放在模版中進(jìn)行分析，這樣即費(fèi)時又費(fèi)力。

“這是一個國際性的難題，中科院正在開展此類的研究，研究也僅僅處于對鳥類的識別階段。”中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心張海明說，將來海量視頻放在網(wǎng)上，發(fā)揮大量網(wǎng)民的力量，相信會產(chǎn)生不錯的研究成果。

事實(shí)上，青海湖視頻監(jiān)測系統(tǒng)除了能夠提供科研服務(wù)外，本身就是一個科研項(xiàng)目。

該系統(tǒng)是一個典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。未來，物聯(lián)網(wǎng)對地址的海量需求，被看作是推動IPv4向IPv6發(fā)展的一個重要原因。今年，該監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)所有的前端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、傳輸設(shè)備，均滿足了IPv6協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。中科院的專家們在這一系統(tǒng)內(nèi)做了大量有關(guān)IPv4與IPv6互通的實(shí)驗(yàn)。

在視頻監(jiān)測系統(tǒng)之外，還有另一個科研項(xiàng)目，即“青海湖國家級自然保護(hù)區(qū)聯(lián)合科研基地數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺”，該平臺面向中科院很多研究所提供服務(wù)。數(shù)據(jù)庫涵蓋了鳥類資源調(diào)查數(shù)據(jù)庫、候鳥監(jiān)測視頻數(shù)據(jù)庫、環(huán)湖植被樣地數(shù)據(jù)庫、保護(hù)區(qū)生物多樣性數(shù)據(jù)庫、禽流感數(shù)據(jù)庫、候鳥遷徙GPS數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫等相關(guān)科研資料庫。

每個月侯元生都會前往環(huán)湖地區(qū)設(shè)置的24個鳥類監(jiān)測樣地，統(tǒng)計鳥類的種群數(shù)量、種類，巢區(qū)位移等數(shù)據(jù)，然后錄入數(shù)據(jù)庫。

通過數(shù)據(jù)分析，侯元生發(fā)現(xiàn)，青海湖的另一種主要夏候鳥棕頭鷗，近幾年來種群數(shù)量起伏不定，這與近8年來青海湖水位持續(xù)上升有很大關(guān)系。棕頭鷗原來的巢區(qū)在蛋島，由于與斑頭雁的爭巢，巢區(qū)位移到了布哈河三角洲；然而，兩年之后，湖水上漲，巢區(qū)被淹掉了；于是，巢區(qū)又移到蛋島邊上的一些小島；今年這些地方，又被淹掉，巢區(qū)又移到了鸕鶿島東面較大的沙地里。

“在大自然面前，人終歸是渺小的，湖水上漲對青海地區(qū)的氣候是個好事情，但是對鳥類反而是件壞事情，因?yàn)轼B類的繁殖地都被淹掉了。到底是好事情？還是壞事情呢？”何玉邦疑問道。