自然保护区生物标本资源共享子平台红外相机数据库建设进展

红外相机技术在野生动物调查研究中得到广泛应用, 其发展和普及为中国自然保护地生物多样性保护带来了诸多机会。为进一步推广该技术在我国自然保护地野生动物监测中的应用, 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所在自然保护区生物标本资源共享子平台增设野生动物红外相机数据库专栏, 并通过门户网站“中国自然保护区生物标本资源共享平台” (http://www.papc.cn/)对外发布, 向公众开放, 可以随时查阅、下载信息。本文重点介绍了该平台的野生动物红外相机数据库建设进展, 包括所监测的自然保护区、监测方案、数据规范存储、标准化分析、成果介绍、工作计划等内容。2010-2019年间, 该平台使用红外相机调查技术在全国13个不同类型的保护地开展兽类和鸟类资源调查, 累计27.25万个有效工作日, 共拍摄到8.41万张独立图像, 经鉴定有80种野生兽类和200种野生鸟类, 并利用这些数据对野生动物行为、稀有物种探测、人为干扰, 以及气候变化影响等方面进行研究, 取得了重要的阶段性成果。下一步, 子平台牵头单位将筹建自然保护地红外相机数据共享平台, 制定红外相机调查设计、监测技术、数据格式等统一标准化方案, 逐步完善我国自然保护地野生动物红外相机监测网络。     

红外相机技术在物种监测中的应用及数据挖掘

由于濒危物种数量稀少以及大多数野生动物对人类活动敏感, 增加了传统调查的难度。众所周知,红外相机在野生动物调查研究中具有天然优势; 然而随着红外相机技术的广泛推广应用及数据采集量的不断加大, 科研人员也面临了一系列关于红外相机监测及后续数据处理中出现的问题。本文详细阐述了红外相机数据管理和利用方面存在的3个关键问题: 数据管理缺乏规范化、数据网络缺乏一体化、数据获取缺乏标准化。同时以秦岭、卧龙等地的一些研究为主体, 列举分析了红外相机照片后续数据挖掘中8个方面的内容, 即兽类的个体识别、物种时间活动格局、物种空间活动格局、偶见物种信息利用、物种行为活动、繁殖信息、疾病情况、人为干扰。这些信息的有效利用可为野生动物及生物多样性的保护、管理提供一定科学支撑。     

探讨我国森林野生动物红外相机监测规范

野生动物多样性是生物多样性监测与保护管理评价的关键指标, 因此对野生动物进行长期监测是中国森林生物多样性监测网络(CForBio)等大尺度生物多样性监测研究计划的一个重要组成部分。2011年以来, CForBio网络陆续在多个森林动态监测样地开展以红外相机来监测野生动物多样性。随着我国野生动物红外相机监测网络的初步形成, 亟待建立和执行基于红外相机技术的统一监测规范。基于3年来在我国森林动态监测样地红外相机监测的进展情况, 以及热带生态评价与监测网络针对陆生脊椎动物(兽类和鸟类)所提出的红外相机监测规范, 本文从监测规范和监测注意事项等方面探讨了我国森林野生动物红外相机监测的现状和未来。     

红外相机监测目标物种的一种自动化检测方法：以绿尾虹雉为例

红外相机是目前在野生动物资源调查和监测中的一种重要手段和工具,但对其采集的海量影像数据的甄别和所拍获物种的鉴定工作费时费力。为解决红外相机影像数据量庞大、无法自动识别目标物种、人为检索繁琐、以及卷积神经网络方法的检测效率和鉴别正确率低等问题,本文对红外相机采集的11万余张图像进行筛选,以绿尾虹雉Lophophorus lhuysii为例,运用协同注意力机制,提出一种针对红外相机影像数据中目标物种的自动化检测方法。实验结果表明,该方法对绿尾虹雉图像与视频的识别准确度达到99.62%。本文提出的方法能够提高对检测目标物种的识别率,降低人力成本,有利于指导野生动物的监测和保护。     

红外相机技术在我国野生动物研究与保护中的应用与前景

20年来, 红外相机技术在国内外野生动物研究、监测与保护中得到了广泛应用。基于红外相机技术, 我国在野生动物生态学研究、动物行为学研究、稀有物种的探测与记录、动物本底资源调查、生物多样性监测及保护地管理与保护评价等领域取得了众多成果。目前, 数学模型、统计分析方法和新的概念正在促进红外相机技术在野生动物监测研究与保护管理中的发展和推广应用。同时, 随着红外相机技术的成熟、成本降低和应用普及, 这一技术也将会被更多的野生动物研究人员、管理人员和自然保护区管理者所采用, 并成为全国各级保护地和区域生物多样性监测研究的关键技术和方法。今后, 建立并完善系统化的监测网络和数据共享平台、开发新一代的数据分析方法与模型, 将是此项技术进一步发展和应用的主要方向。     

秦岭中段野生动物多样性的红外相机监测数据库平台介绍

秦岭地处我国中西部, 生物地理位置重要, 拥有丰富的生物多样性, 有大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)、秦岭羚牛(Budorcas bedfordi)、金丝猴(Rhinopithecus roxellana)和朱鹮(Nipponia nippon)等4个秦岭森林旗舰物种, 被称为“秦岭四宝”。利用红外相机技术开展秦岭野生动物的非损伤性监测不仅可以为秦岭山系提供物种名录信息, 还可以为了解秦岭野生动物的行为和活动格局提供科学数据。清华大学环境学院生态团队自2009-2020年在秦岭中段南坡先后实施了7个项目, 对秦岭南坡的4个保护区进行了野生动物监测, 面积达1,113 km ²(26.5 km × 42 km), 红外相机位点数267个, 相机日数152,160天, 共获取红外相机照片855,260张。共鉴定出27种野生兽类和63种野生鸟类, 并应用这些照片数据开展了信息挖掘工作, 对野生动物行为、稀有物种、与生境的关系, 以及人为活动对野生动物的影响等领域进行了研究, 已取得部分成果。在此基础上建立了“秦岭中段野生动物多样性的红外相机监测数据库平台”, 供团队内部及合作者使用。通过10年的监测, 我们提出未来研究建议: (1)对于非常偶见的物种, 还需要更长的时间并在更多样化的生境布设相机, 以获取更多影像数据评估其现状; (2)数据库需要在更大程度和深度上进行信息挖掘, 尤其在种间关系、物种-生境关系、种群动态等方面; (3)对典型大种群数量的物种(如秦岭羚牛和野猪Sus scrofa)及食物链顶端大型捕食动物(如金钱豹Panthera pardus)进行种群动态研究, 为整个秦岭生态系统的健康持续提供科学支撑; (4)利用数据库的数据及今后红外相机监测数据进行野生动物疾病的发生发展监测研究。     

红外相机技术监测效率分析——以陕西佛坪北部山区鸟兽监测为例

利用红外相机对陕西汉中市佛坪县北部山区3个监测样地内的大型兽类和地栖鸟类进行了初步调查和监测,分析了在该区域利用红外相机监测的效率、相机数量和相机工作日与物种数量间的关系以及物种的最佳拍摄地点。结果表明:59台红外相机共拍摄到物种独立照片22 089张,鉴定出野生动物40种,其中,国家一级重点保护野生动物5种,国家二级重点保护野生动物8种。当相机数量增加到54台时拍摄到了本次记录的全部40种野生动物,当单台相机工作日达到140 d时,监测物种数趋于饱和。不同物种的最佳拍摄地点受季节和海拔的双重影响,表现出一定的规律性。综上所述,现有的红外相机布设方法,能够有效地对大型兽类和地栖鸟类进行监测调查,但对于其他啮齿类和树栖鸟类,还应该从物种的体型、生活习性、栖息环境,红外相机布设的位点选择、布设时间、相机参数设置等方面,重新考虑监测方法。此研究不仅积累了监测样地的本底资料,也为红外相机在该区野生动物保护的应用提供了可借鉴的基础资料。     

中国野生动物红外相机监测与研究: 现状及未来

智能传感器、人工智能、信息技术等现代科学技术的创新应用极大地提升了人类在全球生物多样性保护和恢复方面的潜力。结合国内外相关研究案例, 本文的主要内容包括: (1)对过去30年间(1991-2021年)中国野生动物红外相机监测研究相关文献资料进行总结分析; (2)结合国内2011年以来的典型案例, 对技术方法、物种发现与编目、形态与行为研究、生态学研究和保护管理等主题领域的进展进行总结分析; (3)结合国外近期的典型案例, 对红外相机监测与研究的重点领域进行评估分析; (4)对中国野生动物红外相机监测研究的未来发展提出相关建议。通过回顾, 本文旨在明晰国内外红外相机技术在野生动物监测研究中的创新应用和发展趋势, 为中国在该领域的未来发展提供参考依据, 以便更好地服务于中国生物多样性监测与研究网络建设和以国家公园为主体的自然保护地体系建设, 为推进国家生态文明建设、保障生态安全和生物安全提供决策支持和科学依据。     

中国的野生动物红外相机监测需要统一的标准

采用及时、可靠的方法对物种开展有效监测是生物多样性保护的基础。红外相机技术可以获得兽类物种的影像、元数据和分布信息, 是监测生物多样性的有效途径。这项技术在野外便于部署, 规程易于标准化, 可提供野生动物凭证标本(影像)以及物种拍摄位置、拍摄日期与时间、拍摄细节(相机型号等)等附属信息。这些特性使得我们可以积累数以百万计的影像资料和野生动物监测数据。在中国, 红外相机技术已得到广泛应用, 众多机构正在使用红外相机采集并存储野生动物影像以及相关联的元数据。目前, 亟需对红外相机元数据结构进行标准化, 以促进不同机构之间以及与外部保护团体之间的数据共享。迄今全球已建立有数个国际数据共享平台, 例如Wildlife Insights, 但他们离不开与中国的合作, 以有效追踪全球可持续发展的进程。达成这样的合作需要3个基础: 共同的数据标准、数据共享协议和数据禁用政策。我们倡议, 中国保护领域的政府主管部门、机构团体一起合作, 共同制定在国内单位之间以及与国际机构之间共享监测数据的政策、机制与途径。     

基于红外相机的不可个体识别动物种群密度估算方法

种群密度估计对野生动物的保护和管理至关重要,也是动物生态学和保护生物学备受关注的研究热点,但对大中型兽类种群数量的准确估算一直面临挑战。红外相机是哺乳动物调查中普遍采用的工具,也是克服这一挑战的一种经济有效的方法。目前国际上已有多种方法采用红外相机数据估算不可个体识别动物的种群密度,但相关技术在我国的应用案例较少,本文旨在为国内研究者应用红外相机数据估算动物种群密度提供参考。首先,我们介绍了随机相遇模型(randomencounter model, REM)、随机相遇与停留时间(random encounter and staying time, REST)模型、相机前停留时间(time in front of the camera,TIFC)模型以及红外相机距离取样(cameratrapdistancesampling,CTDS)这四种模型的基本原理和假设;其次,描述了这些模型在野外调查中的技术要点,并给出数据处理与分析的建议;最后,总结了每个模型的数据需求、优点和缺点。虽然我国目前拥有估算种群密度的大量红外相机数据源,但有很多物种的数量尚未知晓,也没有一种方法对所有红外相机数据都是...     

红外相机技术在我国野生动物监测中的应用: 问题与限制

红外相机(camera traps)作为对野生动物进行“非损伤”性采样的技术, 已成为研究动物多样性、种群生态学及行为学的常用手段之一。其发展和普及为中国野生动物多样性和物种保育研究带来了诸多机会。如今, 国内大多数自然保护区都在运用红外相机技术开展物种监测工作。本文结合20年来已发表的相关研究, 从内容、实验设计以及发展趋势方面, 总结了目前红外相机技术在应用过程中出现的共性问题; 并就相机对动物的干扰性、影像识别、研究的适用范围及安全保障四个方面, 对该项技术在实践中存在的限制进行了探讨。最后结合红外相机技术未来的发展方向, 提出了建立技术规范、数据集成和共享、影像数据版权维护、提高监测效率等问题。     

利用红外相机调查浙江江山仙霞岭省级自然保护区兽类和鸟类多样性

2018年12月至2019年10月,利用红外相机在浙江江山仙霞岭省级自然保护区开展了野生动物多样性调查.以1km2的网格为单位放置红外相机,并在重点区域增加相机数量.最终共在89个位点布设了红外相机,累积14 906个相机日,获得独立照片4 778张.共鉴定出野生动物50种,包括19种兽类(隶属于5目12科)和31种鸟...     

四川老君山国家级自然保护区林下鸟兽多样性及动态变化数据集

物种编目是生物多样性研究和保护的基础,开展野生动物多样性监测对更新本底物种编目至关重要。目前红外相机的应用十分普通,已成为陆生大中型兽类和林下鸟类监测的最有效方法之一。老君山国家级自然保护区位于四川省屏山县,面积35 km²,是我国第一个以四川山鹧鸪(Arborophila rufipectus)等珍稀濒危雉科鸟类以及常绿阔叶林生态系统为主要保护对象的保护区。本文整理了保护区2013年4月至2020年9月的红外相机监测数据并进行了详细的物种鉴定,提供了按照年度统计的红外相机监测数据集。本数据集展示了不同监测年度下的相机位点坐标和相机工作日、每个相机位点拍摄的兽类和鸟类物种数、独立有效记录数、整体鸟兽物种名录(包括分布海拔、分布区域以及不同年度下的网格占有率与相对多度指数等)、代表性物种的红外相机照片等。该数据集是保护区开展红外相机监测工作以来首次全面的成果汇总,可为保护区制定针对性保护与管理决策提供重要科学依据。     

四川老河沟保护地2011-2015年野生动物红外相机监测数据集

红外相机技术目前已成为调查、记录陆生大中型兽类和地栖鸟类的最有效方法之一, 为自然保护地的生物多样性编目、野生动物本底调查提供了可靠的数据基础。老河沟保护地位于四川省平武县, 地处岷山山脉中段, 面积110 km², 是大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)、川金丝猴(Rhinopithecus roxellana)、红喉雉鹑(Tetraophasis obscurus)等珍稀濒危野生动物的自然栖息地。本文汇总、整理了老河沟保护地2011-2015年的红外相机监测记录, 提供了完整的红外相机监测数据集。数据集包括红外相机有效位点130个, 海拔跨度1,317-3,265 m, 总有效相机工作日10,185 d。红外相机拍摄记录159,694条, 其中兽类记录91,839条, 独立有效照片3,017张, 包括分属5目15科的野生兽类28种; 鸟类记录37,775条, 独立有效照片1,311张, 包括分属7目19科的野生鸟类60种; 两栖类记录8条, 独立有效照片2张, 包括1目1科1种; 家畜记录47条, 独立有效照片5张。     

基于红外相机的中国哺乳动物多样性观测网络建设进展

中国哺乳动物多样性观测网络(China BON-Mammal)为中国生物多样性观测网络(China BON)下属子网, 由生态环境部组织建设, 南京环境科学研究所为牵头单位。观测网络以陆生大中型哺乳动物为观测对象, 基于红外相机技术设置了统一的规程方案与技术标准, 2017-2019年在全国18个省区以县域为单元, 选择74个代表性保护地作为观测样区开展红外相机观测。截至2019年底, 观测网络共收集红外相机照片200多万张, 其中野生动物有效照片30万张, 共观测到哺乳动物11目28科132种、鸟类16目56科408种, 其中国家I级重点保护野生动物45种(兽类33种、鸟类12种), 并发现多个物种分布新记录和珍稀濒危物种。同时, 观测网络平台研发了哺乳动物观测数据库用于图像数据的存储和分析。最后, 本文对目前取得的成果及存在的问题进行分析, 计划将进一步加强数据的处理分析与共享, 进而更好地促进生物多样性保护工作。     

物种相对多度指数在红外相机数据分析中的应用及局限

多度是衡量物种种群数量的参数之一, 多度的动态及其影响因素是种群生态学研究的经典问题。物种相对多度指数(relative abundance index, RAI)作为一种简单、便利的指标, 广泛应用于动物本底清查中。但RAI易受物种自身特征、探测率和环境因素的影响, 需要结合其他物种数量分析方法, 以验证其与种群大小的相关性。随着红外相机技术在野生动物调查中的广泛应用, 用红外相机数据估计动物种群数量的研究越来越多。目前, 基于红外相机数据计算RAI的方法有多种, 不同计算方法和应用范围存在差异, 亟需对现有方法和应用进行梳理。本文综述了根据红外相机数据计算物种相对多度的4种主要方法: (1)拍摄一张有效照片所需要的天数; (2)基于单位调查强度的物种拍摄率; (3)每个位点每天的物种拍摄率; (4)某一物种的照片数占所有物种的比例。总结了我国野生动物监测调查中采用红外相机方法计算RAI的应用现状。国内的研究主要采用第2种和第4种计算方法, 其中约72.5%的研究论文应用第2种计算方法, 而第4种方法一般适用于群落中的物种组成比较。我们建议根据红外相机数据计算RAI时尽量使用第2种计算方法, 这有助于研究或管理人员对不同研究中的物种RAI进行比较分析。     

利用红外相机调查北京松山国家级自然保护区的野生动物物种

红外相机是监测野生动物的有效工具,目前广泛用于兽类资源调查以及动物损害、鸟巢生态学、种群评估、行为生态学等研究领域。为了调查北京松山国家级自然保护区的野生动物,于2010年5—12月采用红外相机进行系统调查,在210个位点放置了红外相机,每台相机在每个地点上放置一个月。研究期间共拍摄到照片2203张,其中73%为兽类,12%为鸟类,13%为工作人员,2%为其它人员。共鉴定出17种兽类(分属5目10科)以及36种鸟类(分属5目17科)。兽类中拍摄率最高的前5种动物分别是岩松鼠(Sciurotamias davidianus)、猪獾(Arctonyx collaris)、豹猫(Prionailurus bengalensis)、狗獾(Meles meles)和貉(Nyctereutes procyonoides),鸟类中拍摄率最高的前5种动物分别是紫啸鸫(Myophonus caeruleus)、雉鸡(Phasianus colchicus)、松鸦(Garrulus glandarius)、勺鸡(Pucrasia macrolopha)和宝兴歌鸫(Turdus mupinensis)。红外相机在不同海拔、不同植被类型以及不同月份所拍摄动物的拍摄率不同:在1000—1400m的海拔段,拍摄率显著高于低海拔(600—1000m)以及中高海拔(1400—1700m);在阔叶林中的拍摄率最高,在针叶林、针阔混交林和灌丛中的拍摄率相似;秋季(8—10月)拍摄率较高,夏季(6—7月)次之,冬季(11—12月)最低。红外相机拍摄到的累积物种数与相机放置的时间成上升曲线,但曲线的增长速率逐渐变缓。研究表明红外相机适合于调查和监测大中型兽类和部分鸟类,所采集的动物数据以及拍摄的图片和视频资料将为保护区的监测、科研和环境教育提供资料。讨论了应用红外相机调查和监测野生动物的技术细节。     

利用红外相机调查浙江省凤阳山兽类和鸟类多样性

2008年11月至2009年11月,2010年8月至2016年8月期间,采用红外相机调查浙江凤阳山–百山祖国家级自然保护区内凤阳山片区的兽类和鸟类多样性。调查期内共布设98个不同相机位点（45个公里网格）,累计28 256相机日,共拍摄到8 208张有效独立照片,鉴定为18种野生兽类和38种野生鸟类物种,分别隶属5目12科和7目16科;家畜及家禽共5种。红外相机拍摄率最高的前5种野生动物依次为小麂（Muntiacus reevesi）（拍摄率CR=11.15）、白鹇（Lophura nycthemera）（CR=2.63）、黑麂（M. crinifrons）（CR=1.03）、野猪（Sus scrofa）（CR=0.96）、猕猴（Macaca mulatta）（CR=0.59）;国家I级重点保护野生动物2种,国家II级重点保护野生动物有6种;被中国脊椎动物红色名录评估为濒危（EN）、易危（VN）、近危（TN）的物种分别有2、4、9种。调查中记录到倭花鼠（Tamiops maritimus）、凤头鹰（Accipiter trivirgatus）和丘鹬（Scolopax rusticola）等15个物种为凤阳山保护区新记录种,其中斑尾鹃鸠（Macropygia unchall）为浙江省鸟类新记录物种。此外红外相机还拍摄到大量的人类活动照片,表明当地人类活动较为严重,应加强管理。调查结果提供了较为全面的凤阳山保护区兽类和鸟类的本底信息,为后续的保护管理和长期监测提供了数据支持和指导。     

基于红外相机网络促进我国鸟类多样性监测:现状、问题与前景

近20年来,红外相机调查技术在我国生物多样性监测与野生动物研究中得到了广泛应用。已有的红外相机调查不仅关注哺乳动物类群,而且也记录到了大量鸟类物种,但大多被作为兽类监测中的兼捕(by-catch)记录。我们系统检索并收集了1992年以来,在我国使用红外相机技术的野生动物监测与研究所发表的学术文献、会议报告、新闻报道和部分未发表数据集共230篇(份),从中提取并汇总鸟类物种与分布记录。结果显示,全国通过红外相机技术共记录到至少393个鸟种,分属17目56科,占全国鸟类物种总数的28.67%,其中雀形目物种数最多(268种)。在科的水平上,记录到物种数最多的分别是鸫科(58种)、画眉科(50种)与雉科(42种);另有23科各仅记录到1个物种。在物种数及探测数方面,地面及林下层活动的森林鸟类均是红外相机记录到的绝对优势类群。已发表的红外相机鸟类记录具有区域性不均衡的特征,四川(16个)和云南(14个)是红外相机调查点最多的省区,而四川(160种)、云南(91种)和浙江(66种)则是记录到鸟类物种数最多的省区。据不完全统计,红外相机共记录到区域性鸟类物种新记录104种(次)。考虑到仍有大量红外相机调查中的鸟类记录被忽视或未及发表报道,我国红外相机所记录到的实际鸟类物种多样性应该更高。这些结果表明,红外相机技术在我国鸟类多样性监测和区域性编目工作中具有重要的作用,可以提供高精度、高质量和大数据量的鸟类物种分布数据。对于以鸡形目为代表的地栖鸟类,可以作为目标类群之一纳入现有的基于红外相机技术的标准化长期监测体系,而这样的监测体系也可以为其他鸟类类群的多样性编目和监测提供数据补充和支持。     

四川米亚罗自然保护区的兽类多样性

根据2020年5月—2021年6月对四川米亚罗自然保护区的实地调查,结合红外相机监测数据和文献资料,统计出兽类7目23科86种.其中国家一级重点保护野生动物9种,国家二级重点保护野生动物17种,中国特有种27种.IUCN红色名录评估为濒危(EN)、易危(VU)和近危(NT)的分别为4种、8种和9种.红外相机记录的25种...