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。     

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。     

红外相机安放于地面和林冠层对野生动物监测结果的影响

红外相机技术在野生动物研究中日趋普及, 逐渐成为重要的生物多样性监测手段。过去的监测常局限于地面, 而针对林冠层的监测较少, 这对野生动物的多样性评估影响尚未可知。为此, 本研究在生物多样性丰富的碧罗雪山南段, 将20台红外相机分别拍摄地面层(0.5-1.5 m)和林冠层(5-10 m)配对比较, 累计拍摄2,319个有效相机日, 平均每对相机同步进行112.5 d的监测。监测期间共拍摄到44种野生动物(不包括鼠形啮齿类), 其中兽类20种, 鸟类24种; 冠层和地面红外相机监测的物种相似度为29.54%; 15种动物仅拍摄于林冠层, 16种动物仅拍摄于地面, 13种动物拍摄于两个林层。研究结果表明不同林层监测的物种组成存在显著差异, 林冠层与地面层监测都具有不可替代性; 不同林层红外相机的监测手段也能用于研究野生动物的空间选择和生态位分化。红外相机监测中根据目标物种的习性在相应的林层设置相机能提高物种发现率; 为全面掌握区域森林生态系统野生动物的多样性, 红外相机监测需要兼顾不同林层这一点需要在监测规范中明细。     

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。     

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。     

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。     

野生动物多样性监测图像数据管理系统CameraData介绍

红外相机的应用获得了海量野生动物物种分布和行为的数据信息。然而,如何存贮和管理这些图像数据,并及时提供给研究者、管理决策部门和公众,已成为野生动物监测所面临的新问题。为此,中国科学院动物研究所组织研发了图像数据管理系统CameraData(http://cameradata.ioz.ac.cn)。这是一个开放的网络交互式平台,用于收集和管理通过红外相机所拍摄的野生动物图像数据,集成了野生动物图像数据规范存贮、标准化分析和共享功能。该系统的目标在于促进野生动物图像数据的快速分析和充分利用,为野生动物研究、保护和管理等提供服务。本文对其功能模块、主要构成和使用注意事项等进行了简要介绍。     

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。     

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。     

西南山地红外相机监测网络建设进展

中国西南山地是全球生物多样性热点区。西南山地红外相机监测网络是我国生物多样性监测的区域性红外相机网络之一。该网络由北京大学牵头, 始建于2002年, 合作单位包括科研院所、高校、保护组织、政府部门、保护地管理机构等。网络主要覆盖青藏高原东缘大横断山区域的秦岭、岷山、邛崃山、相岭、凉山、沙鲁里山、云岭7大山系。网络内目前共有41个监测样区, 包括自然保护区、社区保护地、林场等多种类型。网络内监测样区均采用标准的网格化布设规程, 采取统一数据结构与数据库结构、建立离散式数据库进行分散管理的总体架构, 所有监测样区的数据库保持一致的结构和统一的核心字段, 由每个监测样区建立并维护各自独立的数据库。截至2019年12月, 网络内布设有效调查/监测位点5,738个, 已处理数据中调查工作量(以有效相机日计)合计约120.74万天, 积累红外相机照片/视频(删除连续空拍后) 302.59万份, 另有111.16万份待处理。共记录到分属7目21科的63种野生哺乳动物与分属10目35科的182种野生鸟类物种, 其中国家一、二级重点保护野生动物分别有18与39种。西南山地网络今后的重点工作方向包括: (1)基于通用元数据结构建立统一的在线数据库平台; (2)加强网络内保护地数据管理与分析能力建设; (3)为区域内生物多样性保护与保护地管理提供持续支持; (4)针对野生动物种间关系、群落构建机制以及大型食肉动物的生态功能开展深入的动物生态学研究。     

基于红外相机技术对陕西老县城国家级自然保护区大中型兽类及林下鸟类资源分析

兽类和鸟类多样性的监测是生物多样性保护中的重要一环。2017年4月至2018年5月,按照网格法在位于陕西省西安市周至县的老县城国家级自然保护区布设了36台红外相机,对保护区内大中型兽类和林下鸟类多样性进行调查。累积7 835个相机工作日,获得野生动物独立有效照片1 915张,共鉴定出32种鸟类和兽类物种,隶属8目18科,其中被IUCN红色名录评估为濒危(EN)、易危(VU)和近危(NT)的物种分别有2种、4种和3种。相对丰富度指数最高的为羚牛(Budorcas taxicolor)(IRA=36.81);夏季(7.68)和秋季(7.81)物种拍摄率大于春季(4.65)和冬季(4.30),不同季节拍摄到的物种数和物种多样性指数差异不显著。不同海拔段物种拍摄率、物种数和物种多样性指数均不具有明显差异。濒危物种中的羚牛不同海拔段拍摄率存在明显差异。主成分分析表明,拍摄物种与相机位点之间相关性较强,这与相机位点附近的生境条件有关。研究结果初步掌握了老县城保护区内大中型兽类和林下鸟类种类组成、相对多度及分布状况,为未来保护区野生动物资源保护和管理提供基础资料。     

利用红外相机技术对四川王朗国家级自然保护区野生动物物种多样性的初步调查

本研究以四川王朗国家级自然保护区为研究区域, 利用红外相机对保护区内的主要野生动物进行了初步调查, 分析了该区域的物种多样性现状、相机数量和相机工作日与物种数量间的关系以及物种的相对丰富度。结果表明: 42台红外相机共拍摄到物种独立照片1,793张, 鉴定出野生动物25种, 包括大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)、四川羚牛(Budorcas tibetanus)和黄喉雉鹑(Tetraophasis szechenyii) 3种国家一级重点保护野生动物, 黑熊(Ursus thibetanus)、黄喉貂(Martes flavigula)、中华鬣羚(Capricornis milneedwardsii)、中华斑羚(Naemorhedus griseus)等8种国家二级重点保护野生动物。在相机数量增加到23台的时候拍摄到了本次记录的全部25种野生动物, 并且在单台相机工作日达到180天时, 物种数达到饱和。保护区内物种相对丰富度最高的是血雉(Ithaginis cruentus)(29.28)和毛冠鹿(Elaphodus cephalophus)(15.78); 大熊猫的相对丰富度为8.09; 红腹角雉(Tragopan temminckii)、中华鬣羚和黄喉雉鹑的相对丰富度在2-5之间; 中华斑羚、勺鸡(Pucrasia macrolopha)、黑熊、四川羚牛和蓝马鸡(Crossoptilon auritum)的相对丰富度最低, 不到1。综上所述, 红外相机能够有效地对野生动物资源进行监测调查, 对于相对丰富度较低的物种需要投入更多的精力, 这些物种的栖息地保护对于自然保护区的发展至关重要。     

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22089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...     

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。     

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。     

四川雪宝顶国家级自然保护区野生鸟兽的红外相机初步监测

物种编目评估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资料至关重要.2016年4月—2018年12月,利用红外相机技术对四川雪宝顶国家级自然保护区内的兽类和鸟类多样性开展监测研究.研究期间共布设169个相机监测位点,覆盖109个公里网格,共计31148个相机日,共获得照片27402张,视频1...     

基于红外相机技术调查桃红岭梅花鹿国家级自然保护区鸟兽多样性

2017年3月—2018年3月期间,采用红外相机技术调查了桃红岭梅花鹿国家级自然保护区内鸟类和兽类的物种多样性。红外相机监测期间,共累计4442个相机日,获得野生动物独立有效照片1003张,其中兽类独立有效照片683张,共4目9科16种;鸟类独立有效照片320张,共9目23科46种;保护区内兽类相对丰富度最高的是小麂(Muntiacus reevesi),鸟类丰富度最高的是黑领噪鹛(Garrulax perspicillatus);其中国家Ⅰ级保护动物有2种,梅花鹿(Cervus nippon)和白颈长尾雉(Syrmaticus ellioti);国家Ⅱ级保护动物有6种,分别为小灵猫(Viverricula indica)、勺鸡(Pucrasia macrolopha)、白鹇(Lophura nycthemera)、草鸮(Tyto longimembris)、红角鸮(Otus sunia)和松雀鹰(Accipiter virgatus)。红外相机在灌丛中拍摄率最高,在草甸中拍摄率最低。通过稀疏外推曲线对物种多样性进行估计可得,保护区实际的物种数远大于监测到的物种数,因此有待继续进行长期监测。通过物种与相机位点的PCA排序图可知,各个相机位点和物种的相关性较强。调查结果为保护区提供了重要的兽类和鸟类资源信息,为保护区对野生动物的有效管理和长期监测提供了数据支持。     

基于红外相机技术调查长青国家级自然保护区兽类和鸟类多样性

野生动物多样性的有效保护与管理,需要大范围、长时间的系统监测网络的支持。红外相机调查技术近年来已成为自然保护区鸟兽调查的最有效工具之一,为了解和掌握区域性乃至全国性的生物多样性现状,提供了最直接和最基础的数据。长青国家级自然保护区位于秦岭南坡,地处秦岭自然保护区群的核心地带。自2008年至2011年,使用被动式红外触发相机调查技术在长青保护区内调查了大中型兽类与鸟类的本底资源。共完成有效调查位点435个,相机工作日15767d。获得兽类有效拍摄3 282次,记录到分属5目12科的21种野生兽类和1种家畜,其中国家一级和二级重点保护野生动物各有5种,被IUCN物种红色名录评估为濒危（EN）、易危（VU）、近危（NT）的物种分别有2、3、4种。食肉目和偶蹄目是本次调查兽类记录中物种数量（分别有9种和7种）和有效拍摄数（分别占兽类有效拍摄数的13.5%和84.0%）最高的两个类群,食肉目中相对多度指数最高的物种是大熊猫（Ailuropoda melanoleuca, 12.30）,偶蹄目中最高的物种是羚牛（Budorcas taxicolor, 114.04）。保护区内大型兽类（食肉目和偶蹄目）物种多样性沿海拔梯度,大体呈现中部高、两侧低的单峰模式,海拔1600-2200 m的中等海拔段是大型兽类多样性最高的区域。鸟类有效拍摄191次,记录到分属4目8科的17种鸟类,其中国家二级重点保护野生动物物种8种。鸡形目雉科鸟类是有效拍摄数最高的类群,占全部鸟类拍摄数的79.8%。调查中记录到的林猬（Mesechinus hughi）和鹰雕（Spizaetus nipalensis）为长青自然保护区的新记录种。调查结果提供了较为全面的区内大中型兽类和鸟类群落的本底信息,为后续的保护管理规划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。