尋蹤覓影為哪般：衛(wèi)星導航定位技術在野生動物保護中的應用

徐菁 （北京空間科技信息研究所）

生動物佩戴衛(wèi)星定位項圈

當你觀看電視中播放的動物世界節(jié)目時，你可能注意到這樣的鏡頭：動物研究人員為某種野生動物戴上一種特制的項圈，然后把它們放歸大自然?？蓜e小瞧這個項圈，它是利用衛(wèi)星導航定位技術研制的衛(wèi)星定位項圈（或稱“衛(wèi)星定位跟蹤器”），在野生動物保護中正發(fā)揮著非常重要的作用。

1 小項圈的大作用

隨著導航衛(wèi)星的出現，給野生動物戴上衛(wèi)星定位項圈來進行跟蹤與研究，就像是為動物學家們安上了一雙“千里眼”，它具有覆蓋范圍廣、精度高的優(yōu)勢，不受時間、地點、氣候、地理環(huán)境等限制，無論被跟蹤的動物生活環(huán)境多么險峻，行為多么隱蔽，衛(wèi)星定位項圈基本上不會受到影響。這種跟蹤手段在為動物學家們提供有用研究數據的同時，還不會對野生動物及其生存環(huán)境造成損害，既能達到原位監(jiān)測的目的，又不妨礙野生動物活動的自由度，從而實現了遠程原位監(jiān)測的效果，也克服了動物學家實地科學考察難度，減輕了工作強度。

利用衛(wèi)星導航定位技術研制的衛(wèi)星定位項圈主要由兩部分組成：一是導航衛(wèi)星接收器，能實時獲取動物的位置、速度和時間信息；二是無線電發(fā)射器，能將導航衛(wèi)星接收器和動物數據采集器的數據發(fā)送給地面接收設備。有的動物跟蹤器上還集成了動物數據采集器，用于采集動物學家們關心的動物相關數據，包括動物的心跳、體溫，以及動物所處環(huán)境的溫度、濕度等。衛(wèi)星定位項圈一般都具有定時自動脫落功能，這樣既能夠不影響野生動物的生長發(fā)育，又有利于研究人員回收數據。

云南老君山滇金絲猴

回收衛(wèi)星定位項圈數據的方式有三種：第一種是項圈將整個跟蹤過程獲得的信息存儲起來，待跟蹤過程結束之后，研究人員取出這些信息，并輸入計算機，然后運行預先編好的程序就能得到他們想知道的有關數據。第二種是項圈存儲信息后，每隔一段時間，研究人員到發(fā)射器信號覆蓋區(qū)內接收，實現定時回傳。第三種是項圈將獲取的信息立即發(fā)送給研究人員攜帶的地面接收設備，從而實現實時回傳。

現在，衛(wèi)星導航定位技術已成為人類研究野生動物，保護地球生物多樣化的有效手段，廣泛應用于野生動物保護領域，天上的候鳥，陸地上的瀕危動物如大熊貓、金絲猴、雪豹、北極狼、野生駱駝等，尤其是在研究野生動物群體遷徙行為方面，更是重要的研究手段。

2 行蹤不定的滇金絲猴—原始森林里的追蹤

金絲猴是中國特有的珍貴動物，目前只有約3000只，主要生活在四川、陜西、貴州、云南、西藏等人類很難接近的原始森林和高山峽谷中。實地研究金絲猴的最大難點就在于發(fā)現它們和對它們進行跟蹤觀察。而采用衛(wèi)星定位技術這種高科技手段成為突破這一難點的根本途徑。

2003年12月，中科院動物研究所實施了老君山滇金絲猴考察項目，這是滇金絲猴的保護行動當中最重要的活動之一，根本目標是進一步弄清滇金絲猴的保護需求, 使科學家的保護行動更具針對性。這次考察中最關鍵的一個環(huán)節(jié)就是在云南老君山上首次利用衛(wèi)星定位技術跟蹤滇金絲猴群，對這些可愛好動的金絲猴進行了行為生態(tài)學研究，這也是我國動物專家第一次在陸生林棲野生動物上使用衛(wèi)星導航定位技術。

2003年12月17日，研究人員終于在老君山的一個溝谷里發(fā)現了猴群，并成功抓到了4只滇金絲猴。研究人員趕緊為其中的兩只成年公猴分別戴上了質量為700g的衛(wèi)星定位項圈，這種項圈具有自動脫落功能，能最大限度地保護動物的自由生活。這兩個項圈還有所區(qū)別：一個只能通過無線電進行跟蹤，可以每天定時多次記錄猴子或猴群的地理空間數據，并存儲在項圈上，工作10個月后便自動脫落，因此必須經回收才能把數據下載下來；另一個具有無線電跟蹤和衛(wèi)星定位兩種功能, 能定時把項圈所記錄的地理空間數據傳給研究人員，它可以連續(xù)工作兩年。

通過導航衛(wèi)星對滇金絲猴的跟蹤定位，獲取了各種空間數據，使研究人員初步了解到所跟蹤的滇金絲猴群的約70m2活動范圍的準確位置。同時，這些數據在已經初步建立起來的老君山地區(qū)信息管理平臺上集成和分析，使科學家能夠掌握滇金絲猴活動習性和棲息地利用規(guī)律，從而為制定針對性保護和管理計劃提供切實可靠的依據。這在我國陸生林棲野生動物研究、保護和管理歷史上寫下了新的篇章。

3 與黑頸鶴同行—空中遷徙的追蹤

黑頸鶴生活在青藏高原和與之臨近的云貴高原之間海拔2200～5000m，且常年低溫、氣候寒冷的地區(qū)。每年夏季，黑頸鶴在高緯度的青藏高原繁殖，冬天就到低緯度的云貴高原越冬。出殼后的幼鳥在4個月內就必須完成從成長到遷飛的適應過程，否則就會被自然淘汰。黑頸鶴如何適應嚴酷環(huán)境下的遷徙，自然就成了一個讓鳥類學家迫切想了解的問題。

2005年春季，中國科學院昆明動物研究所與國際鶴類基金會、云南省林業(yè)廳、國家林業(yè)局鳥類環(huán)志中心和云南師范大學一起，在云南省大山包黑頸鶴國家級自然保護區(qū)進行了黑頸鶴的衛(wèi)星跟蹤和社區(qū)環(huán)境教育研究，這是我國科學家首次利用衛(wèi)星導航定位技術進行候鳥遷徙的研究。研究人員在黑頸鶴的背上安裝了質量為70g的衛(wèi)星定位跟蹤器，它能將所在地點的經緯度、海拔高度等信息傳給鳥類學家，鳥類學家們通過監(jiān)測整個遷徙季節(jié)黑頸鶴位置的變化，就能了解到黑頸鶴的遷徙路線狀況，比如在哪些地點停留，停留的時間等。最后，結合黑頸鶴的生物學資料，就可以確定它們的越冬區(qū)域、中途停留地點和繁殖區(qū)域等生態(tài)學信息。

2005年4月4、6、9和30日，帶有衛(wèi)星定位跟蹤器的4只黑頸鶴先后遷離大山包。根據衛(wèi)星定位跟蹤器傳回的數據判斷，黑頸鶴選擇了從昭通飛過金沙江，在四川境內的金陽縣略作停留，然后直上美姑縣，經漢源縣后，穿越四川中部的城市區(qū)到達阿壩藏族羌族自治州的繁殖地的遷徙路線。在遷徙過程中，有兩只黑頸鶴的信號在漢源縣消失，另外兩只飛到了阿壩州的若爾蓋濕地，并一直在若爾蓋濕地內活動且保持相對穩(wěn)定。

安裝在鳥背上的衛(wèi)星定位跟蹤器

2005年5月底到6月，研究人員沿著衛(wèi)星跟蹤的黑頸鶴遷徙路線進行了實地考察，獲得了大量第一手資料，為我國鶴類保護行動計劃的制訂提供了依據?，F在，衛(wèi)星跟蹤黑頸鶴的遷徙研究仍在繼續(xù)，研究人員希望能夠了解整個黑頸鶴越冬種群的遷徙，并制訂黑頸鶴種群的保護計劃，從而喚起更多人對黑頸鶴的關注與保護！

大山包自然保護區(qū)里的黑頸鶴

4 國寶大熊貓放歸之路—野化放歸實驗的追蹤

2005年8月8日，戴著GPS定位項圈的大熊貓盛林一號走出籠子，被放歸到都江堰龍溪虹口國家自然保護區(qū)。盛林一號是世界上第一只佩戴GPS定位項圈的野生大熊貓，它的放歸標志著我國大熊貓研究工作從注重人工圈養(yǎng)到注重野外放歸實驗的開始。

放歸后，為了讓已受過驚嚇的盛林一號盡快建立自己的巢域，同時避免人為的干擾導致獲得的數據資料失去價值，工作人員每天都通過無線電和衛(wèi)星定位系統(tǒng)對大熊貓的行蹤進行跟蹤，但并沒有接近這只野生大熊貓。通過對盛林一號跟蹤獲得的數據，有助于科學家進一步了解和掌握大熊貓野外生活習性和活動規(guī)律，對加快我國實施人工圈養(yǎng)大熊貓野化放歸的目標提供良好的借鑒和經驗積累。

2005年10月，在盛林一號放歸兩個月后，一支由動物學家和當地林業(yè)保護人員組成的30多人的科考隊對盛林一號的放歸地——400m2的龍溪虹口自然保護區(qū)展開調查。根據GPS定位項圈1年多來發(fā)回的跟蹤數據和科考隊的實地考察結果表明，大熊貓盛林一號在野外生活得很好，已經融入大熊貓種群，并有可能發(fā)生了交配。

2006年4月28日，在四川臥龍自然保護區(qū)出生的圈養(yǎng)大熊貓祥祥，經過了近3年的野化訓練之后，佩戴著GPS定位項圈從圈養(yǎng)場走了出去。這是一次史無前例的實驗，世界上第一只經野化訓練的圈養(yǎng)大熊貓祥祥進入了完全野化放歸研究階段，獨自面對自然界的挑戰(zhàn)。研究人員通過祥祥佩戴的GPS定位項圈，并結合無線電信號跟蹤監(jiān)測祥祥活動狀況，定期較近距離直接觀察祥祥的行為和健康狀況，對它棲息地選擇、采食規(guī)律及種內種間交流等進行了進一步的放歸研究。

2007年1月7日，祥祥佩戴的GPS項圈信號很微弱，不久信號消失，科研人員推測GPS項圈出現了問題。經過1個多月的搜尋，2月19日下午，搜尋人員終于在茫茫大雪覆蓋下的“轉經溝”雪地上發(fā)現了祥祥的尸體，GPS項圈已損壞。研究人員從祥祥的解剖結果推測，祥祥與野生大熊貓發(fā)生過打斗，在慌忙逃逸過程中曾經從高處摔落，祥祥終因嚴重內外傷痛、驚恐、衰弱導致休克、死亡。

對于盛林一號和祥祥這兩只大熊貓野化放歸“一生一死”的結果，大熊貓研究專家分析認為，大熊貓在野外的生活習性是“天馬行空”，獨來獨往，不是群居性動物。盛林一號熟悉野外生存規(guī)律，它很懂“規(guī)矩”，能夠很快融入放歸地大熊貓種群，生活樂逍遙；然而，圈養(yǎng)大熊貓祥祥因為“不懂事”，侵犯了別的大熊貓領地，最終沒能生存下來。

“只有回歸野外，大熊貓才能擺脫瀕危境地?！贝笮茇堃盎艢w之路不會因挫折而終止。在祥祥意外死亡5年之后，淘淘成為第二只野化放歸的圈養(yǎng)大熊貓。

2012年10月11日，大熊貓?zhí)蕴詮乃拇ㄅP龍啟程，前往放歸地雅安石棉縣栗子坪自然保護區(qū)。放歸之前，中國保護大熊貓研究中心給淘淘體內注入了液體芯片，并戴上了GPS定位項圈，意味著淘淘擁有了全世界唯一的身份證。淘淘的GPS項圈有65cm長，項圈必須有一定的寬松度，不能影響淘淘的呼吸、活動和生長發(fā)育，同時又不能掉下來。給淘淘佩戴的項圈質量500g，而當時淘淘的體重是40kg，項圈相當于體重的1/80，這是目前大熊貓戴過的最小的GPS定位項圈。在GPS定位項圈上有個自動脫落裝置，幾個月之后這個項圈會自動脫落，從而不影響淘淘的生長發(fā)育。

在淘淘野化放歸后不久，研究工作組根據GPS定位項圈發(fā)回的數據進行不定期的實地跟蹤監(jiān)測。到2013年5月，大熊貓?zhí)蕴砸鸦貧w大自然7個月，中國保護大熊貓研究中心向媒體公布，淘淘已能適應野外生存，可以和野生大熊貓正常接觸交流。

未來，將有越來越多的圈養(yǎng)大熊貓沿著淘淘的足跡前進，回歸自然家園。中國保護大熊貓的目標不僅是要讓圈養(yǎng)大熊貓放歸自然，存活下來，而且還能夠建立自己穩(wěn)定的巢域，逐漸融入野生大熊貓的核心社會，并最終繁育后代?？傊?，就是要實現大熊貓個體放歸、種群放歸、繁殖野生種群。

5 “北斗”項圈結緣藏羚羊—試揭藏羚羊遷徙現象之謎

在青藏高原，以羌塘為中心，南至拉薩以北，北至昆侖山，東至西藏昌都地區(qū)北部和青海西南部，西至中印邊界的高山草原、草甸和高寒荒漠上，繁衍生息著中國重要珍稀物種之一，國家一級保護動物—藏羚羊，青藏高原的生命精靈。

藏羚羊夏季大遷徙、非洲角馬大遷徙和北極馴鹿大遷徙是全球最為壯觀的三種有蹄類動物大遷徙，但是它們有著本質不同。角馬和馴鹿大遷徙都是雌雄并進舉家全遷的，引發(fā)這兩種動物遷徙的最直接動因是為了尋找利己的氣候和更好的植被；而藏羚羊大遷徙則純粹是由母藏羚羊趕往產羔地產羔而引發(fā)的。

每年5月開始，懷孕的母藏羚羊會陸續(xù)跋涉數百千米甚至上千千米，到產崽地—烏蘭烏拉湖、卓乃湖、可可西里湖和太陽湖等地產崽，然后到了7月，再帶著新生的小藏羚羊回到棲息地。藏羚羊為什么要跋山涉水去繁育它們的后代？遷徙的目的何在？至今，這種古老而原始的遷徙現象在國內外動物學研究中仍然是不解之謎。

從2013年6月開始，國家林業(yè)局、西北瀕危動物研究所、中科院西北高原生物研究所、中國航天科技集團九院772所組成的科考隊與中央電視臺記者一起深入青藏高原，開展了“我們與藏羚羊”科考行動。科考隊兵分兩路，分赴青?？煽晌骼镒磕撕臀鞑厍继林胁?，卓乃湖科考重點是產崽數量監(jiān)控，周邊環(huán)境考察；而西藏羌塘地區(qū)的科考重點是為不同地區(qū)的藏羚羊種群佩戴數個衛(wèi)星定位項圈，進一步了解和研究西藏境內藏羚羊的遷徙規(guī)律、時間和路徑，為今后藏羚羊的保護與管理提供科學依據。

掛在藏羚羊脖頸的項圈由中國航天科技集團公司九院772所自主研發(fā)。這些項圈利用我國“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位和短信服務，采用我國具有自主知識產權的“北斗”基帶處理芯片，通過有效的超低功耗系統(tǒng)方案，來實現長時間精確定位、實時監(jiān)控、追蹤記錄功能，能夠實時傳送藏羚羊精確位置。

與GPS項圈相比，“北斗”項圈多了一個“獨門秘笈”：向衛(wèi)星回傳短信，發(fā)回藏羚羊所處的時間和經緯度等有效信息。這種短信功能已被科研人員設定為定時自動發(fā)送的模式，由于短信的發(fā)送頻次取決于電池的電量，為了盡可能延長“北斗”項圈的使用壽命，信息發(fā)送頻次被特殊的設定了，也就是在藏羚羊遷徙的3個月時間里，“北斗”項圈可以在早上7：00到晚上8：00之間，每隔1.5h回傳一次數據，每天最多可以發(fā)送10次，從而能夠大大提高藏羚羊科考的有效性和準確性。而在藏羚羊活動不頻繁的其他季節(jié)，每天發(fā)送1次。這樣的話，“北斗”項圈的電池電量至少能夠維持18個月以上，以保證科考人員獲得更多的信息，從而能夠對藏羚羊的整個遷徙路線進行完整的跟蹤。

考慮到藏羚羊的生活習性，這次為它們設計的“北斗”項圈特意采用了柔軟的皮質脖套，質量還不到500g。同時，為了適應青藏高原多變的天氣，“北斗”項圈的核心部件全部由耐高溫極寒的特殊材質制成，而且還能防水。這是“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)第一次應用于野生動物保護領域，對推動我國自主研制的“北斗”導航芯片產業(yè)化應用具有重要意義，同時也使我國對藏羚羊生態(tài)環(huán)境的保護和研究提升到一個新的高度，為展現我國生態(tài)環(huán)境保護成果提供數據支持，并在延長“北斗”終端工作時間和高原惡劣環(huán)境應用等方面進行有效的技術嘗試。

有青藏高原“生命精靈”美譽的藏羚羊

此次科考行動共為8只藏羚羊佩戴上“北斗”定位項圈。2013年6月29日，科考隊發(fā)現從色吾雪山的幾個山谷里出來了50000多只藏羚羊，說明這里是一個重要遷徙通道。幾天后的7月6日，科研人員在這里為第一只藏羚羊裝上了“北斗”項圈，并把這只藏羚羊幼崽編號為北斗一號，不久，北斗一號上的項圈就首次實現了衛(wèi)星數據回傳。7月7日科研人員再次成功為兩只藏羚羊佩戴“北斗”定位項圈，一只亞成體藏羚羊編號為北斗二號，另一只剛剛產崽的成體藏羚羊編號為北斗三號。7月28日，在江愛藏布河周邊的藏羚羊遷徙必經之路上，科考人員成功捕捉到一只3歲的藏羚羊，戴上“北斗”定位項圈，取名北斗四號；后來又在另一群藏羚羊中成功捕捉到了一只母藏羚羊，為它戴上了“北斗”定位項圈，取名為北斗五號。8月份，科研人員又先后為3只藏羚羊佩戴了項圈。科研人員之所以對不同發(fā)育狀態(tài)的藏羚羊佩戴“北斗”項圈，是為了使科考更加全面，得到的數據成果更有參考價值，從而為研究藏羚羊的遷徙規(guī)律提供依據。

到目前為止，藏羚羊科考行動仍在繼續(xù)，將一直持續(xù)到2014年。屆時，藏羚羊遷徙之謎有望揭開，讓我們共同期待這一時刻的來臨吧！

6 結語

為了人類的生存和發(fā)展，動物學家們會在野生動物保護的道路上一直走下去?？茖W技術的應用使得這條道路越來越平坦，而衛(wèi)星導航定位技術更是成為了野生動物保護中不可或缺的手段。

以往，我國野生動物保護界基本上采用國外衛(wèi)星定位項圈，而今，隨著我國自主研制的“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)投入運行，“北斗”定位項圈已應用到藏羚羊科考中，其獨有的短信功能更是在跟蹤野生動物方面凸顯優(yōu)勢。相信在不久的將來，我國的“北斗”技術會與更多野生動物結緣，為保護野生動物做出應有的貢獻。