紅外相機野生動物監測探討

吳敏

[廣東省天井山林場（廣東天井山國家森林公園管理處），廣東 韶關 512726]

1 紅外相機技術在野生動物監測領域的發展概況

自20 世紀90 年代以來，紅外相機技術在野生動物調查、研究與監測中逐漸得到了廣泛的應用。我國的紅外相機應用基本與國際同步，一路走來，中國的紅外相機應用大致經歷了3 個不同的階段。

從20 年代90 年代中期至2004 年是我國紅外相機應用的起步期。在中國臺灣地區，研究人員使用紅外相機開展針對鼬獾、藍鷴等野生動物的研究，分析其活動節律與模式。在云南西部的高黎貢山，中外研究者一起嘗試將紅外相機用于山地森林野生動物的調查。在四川岷山的大熊貓棲息地內，研究者與自然保護區合作，嘗試將紅外相機引入大熊貓保護區的野生動物監測之中。在東北吉林，琿春自然保護區使用紅外相機首次拍攝到野生東北虎的珍貴照片。對于紅外相機這一“新鮮事物”，科研工作者和保護地工作人員都表現出很高的興趣，進行了多種的嘗試與實驗，來檢驗這一新的方法用于野生動物調查與研究的可行性。在這一階段，所使用的紅外相機均為膠片相機，受限于膠卷的容量，在野外能夠拍攝的照片數量十分有限，同時，紅外相機設備需要進口，采購流程煩瑣，價格昂貴，這些因素都使得紅外相機的使用范圍相當有限。

從2004 年前后至2012 年，是我國紅外相機應用的推廣期。例如，在中美合作大熊貓保護項目的推動下，美國史密森學會、北京大學與四川省、陜西省林業廳合作，每年在大熊貓保護區舉辦紅外相機監測技術培訓班，為數十個自然保護區、林場的工作人員提供紅外相機使用、調查方案設計、數據處理、數據分析等方面的培訓。以四川唐家河、王朗國家級自然保護區為試點，研究人員首次建立了基于公里網格的紅外相機標準化監測方案與規程，并在實踐中進行完善，為之后的大范圍推廣奠定了良好的基礎。在這一階段，數碼版的紅外相機在2005 年前后出現，并隨著技術的發展而逐步成熟，逐漸取代了早期膠片版的紅外相機而成為主流[1]。

從2012 年至今，則是我國紅外相機應用的快速發展期。隨著數碼版紅外相機設備的進一步成熟和價格下降，地方和國家紅外相機標準監測規程的出臺，以及相關數據分析方法和模型的完善，紅外相機技術在我國的野生動物調查與監測中得到了廣泛的應用，目前已成為地棲大中型獸類與鳥類多樣性監測中應用最為廣泛的技術之一。中國科學研究院動物研究所研究員肖治術認為，紅外相機監測技術為我國野生動物的生物多樣性編目、監測提供了大量的實地觀測數據。在這一階段，我國建立起了多個基于紅外相機技術的野生動物監測網絡，并取得了大量的調查與研究成果。

2 建立紅外相機技術的野生動物監測網絡

截至2019 年底，我國已建立10 多個區域性或全國性紅外相機監測網絡或監測平臺。本文匯總了其中10 個監測網絡，詳細描述了各網絡的建立歷史、覆蓋區域、監測目標等基本信息，統計了各網絡截至2019 年的調查工作量、數據量以及記錄到的獸類、鳥類物種名錄，并總結了各自的主要監測成果。圖1 為紅外相機對野生動物活動的監測。

圖1 紅外相機監測到狍子在森林中覓食

在過去20 年間，中國的野生動物紅外相機監測網絡建設具有以下5 個方面的特點。

（1）建設與參與單位廣泛且多樣，網絡管理、運行機制各具特點。

本文引用的10 個監控網絡的領導和機構包括科研機構、高校、非政府機構、國家公園等，其中包括自然保護區、林場、社區保護地、國外機構和機構等。大部分的監測樣本都是依托現有的自然保護區、國家公園進行建設，并與其本身的監控系統緊密聯系在一起。研究人員、高校學生、保護地職工、社區居民、志愿者等多方參與，在不同的系統中，其管理機制、運行方式和數據匯總模式也不一樣，各自摸索出了適合自身的運行機制[2]。

（2）總體取得長足發展，工作量與數據量可觀。

在238 個監測點中，建立了17000 個紅外線照相觀測站（圖2），安裝了20000 個照相機。截至2020 年，共收到了1100 萬張紅外線攝影機圖片（不包含未經加工的資料），總計750 萬張。除了上述10 個監控系統以外，國內也設立了幾個地區或國家的紅外攝像機監控系統，許多保護地、機構和機構都在進行局部地區的紅外照相監控體系建設。根據粗略估算，現在國內有超過50000 部使用的紅外線攝像機，我國已經建成了世界上最大的監控網。與此同時，我國紅外攝像機監控網在世界范圍內也處于領先地位。

圖2 紅外線照相觀測站

（3）監測網絡之間開展了多種形式的合作，并開展多方國際合作與交流。

中國哺乳動物多樣性觀察網絡是由南京環境科學研究院和部分其他監測點組成的，這些監測點在某些區域聯合使用。由北京大學牽頭組建的西南山區紅外照相監控網與eMammal 紅外照相機數據庫進行了一次聯合調查，部分數據由兩個網絡共享。“中國滇南—東南亞越境生物多樣性監控平臺”是中國西雙版納熱帶植物園與東南亞緬甸和老撾等國家森林部門和保護區依托紅外線照相技術進行的。為進一步推進紅外攝像機監測數據的標準化、數據共享和數據共享平臺的建設打下了良好的基礎。

（4）積累的監測數據極大地促進了我國生物多樣性編目調查工作。

截至2019 年，全國10 個監測網絡共發現了165個種類，隸屬于11 目32 科，占全國野生哺乳動物種類（692 種，蔣志剛等2017）的23.84%；已有文獻記載的17 目61 科507 種，占全國野生鳥類種類（1445 種，鄭光美2017）的35.09%。在監測過程中，緬甸斑羚、白頰獼猴、大斑靈貓、小齒貍、灰腹角雉等是近年來我國新紀錄種或罕見記錄種，為許多省區和保護地增加了諸多獸類和鳥類物種分布新記錄。紅外線攝像技術是目前國內對地棲大中型動物、雉類等大型地棲鳥類進行野外觀測和監測的最有效手段。在此基礎上，我國的許多自然保護區和國家公園都開展了動物和鳥類的分類工作，為進一步完善該區域的生物多樣性提供了有益的參考。

（5）各監測網絡在多方面取得眾多進展與成果。

北京師范大學研制的東北虎豹生物多樣性紅外照相監控平臺，對中國東北虎的種群進行了系統的評價，為東北虎豹保護區的建設與管理打下了堅實的基礎。中國科學院昆明動物研究所領導的“西南縱向嶺谷區紅外照相監控網”顯示，西南地區的干熱河谷風景資源十分豐富、種類繁多，同時也證明藏族神山是眾多瀕危動物的避難所。由北京大學領導的“西南山區紅外線照相監控網”對該地區的大型肉食性動物進行了系統的評價，結果表明，該地區現有4 種大型肉食性動物，如豹、雪豹、狼、豺，但其分布面積從20 世紀中葉開始顯著減少，因此，目前正在興建的大熊貓國家公園應該考慮將大規模肉食性生物的恢復作為長遠的管理目標，以便重建該地區的生態系統的營養層次復雜性，并提高其抵御外來干擾的能力。圖3 為通過紅外相機監測的東北虎群。

圖3 紅外相機監測的東北虎群

3 紅外相機監測技術未來建設與發展

未來，在中國野外紅外攝像機監控網絡的建設和開發進程中，需要重點加強以下5 個方面。

3.1 構建標準化的元數據結構和網絡平臺分享機制，促進數據交流

要想在紅外遙感監測資料的基礎上，全面了解中國生物多樣性的現狀和動態，或者進行大規模的生物多樣性模式研究，就必須進行信息共享和交換。此項合作必將進一步推進有關領域的研究，推動各方的協作，取得更多重要的成果。

3.2 深入開展大尺度的科學研究

在建立紅外照相監控網絡的早期階段，有關的研究主要是從物種分類、群落多樣性組成和單物種棲息地的角度進行的。近幾年來，監測網絡的迅速發展，其所累積的海量資料，將會為有關的科研及管理工作提供寶貴的資料，而大規模的生物多樣性評估、動物群落及動物生態的深入研究，亦可藉由現有的紅外線攝影機監控網路進行設計與執行。目前，全國各地的紅外攝像機監控網絡已經從多個方面進行了深入的調查。可以預見，在未來，這些監控網絡將為不斷輸出高質量的科研結果提供強有力的支持。

3.3 推動新技術研發與應用

近幾年，由于紅外攝像機的設備不斷改進和更新，各部門對其監控的投資也在不斷增加，目前各監控系統的數據量都在快速的增長，而傳統的數據采集、存儲、處理和分析方法已經跟不上數據的積累。目前，研究人員和工程師正在利用先進的技術，如物聯網技術、自動數據傳輸技術、圖像自動識別技術、大數據存儲和分析技術，并開發出更高效、可靠的采樣方案和數理模型，為紅外攝像機數據的生態分析提供科學依據。在今后的發展中，各種技術的發展和交叉技術的結合將會進一步促進紅外照相監控的應用和發展。

3.4 完善國家層面頂層設計，建立中國紅外相機監測網絡聯盟

國內紅外照相監測樣區的空間分布不均勻，缺乏系統的整體規劃。在全國范圍內，有關部門不僅要完善監測樣區的科學規劃，還要研究制定一套符合各區域差異的標準紅外照相機監控系統，并協調現有的監測網絡，組建中國紅外照相監測網絡，并為大數據共享交流平臺。

3.5 服務國家政策與工程，服務生態文明建設

中國正處于全面的生態文明建設階段，大量的政策、項目和項目需要長期可靠的生物多樣性監測資料和相關的評價指標。在建立國家公園的基礎上，建立中國生物多樣性國際公約的執行過程，利用紅外照相技術建立了大量的生物多樣性信息，對生物多樣性進行了分析，并對生物多樣性的影響進行了分析，為今后的國際合作和談判提供了依據。

4 結語

紅外線照相技術的利用對我國野生動物的監測和研究有很大的幫助，為實施野生動物動態監控提供了有力的支持，同時還可以利用紅外攝像機的定位技術，實現對自然生態區內的野生動物和生態資源進行全方位的監控，這對完善我國的野生動物監測和保護系統有著十分重要的作用，值得進一步的推廣和應用。