u-blox云定位技术在野生动物跟踪和监测中的应用

作者

GiovanniSolito

u-blox产品中心服务部高级产品经理

近年来，全球野生动物数量大幅减少。2022年《Living Planet Report》显示，1970年至2018年间，野生物种减少了69%，如今有45,300多个物种濒临灭绝。污染（包括水、空气和土壤污染）、气候变化、为农业或城市化而过度开发、栖息地破碎化和丧失、入侵物种和疾病等各种因素导致了物种的减少。过度捕捞、狩猎和偷猎也是动物数量急剧下降的原因之一。

本文重点介绍利用无线和定位技术监测野生动物的保护措施。跟踪动物的行踪可提供有关其运动模式、食物来源、繁殖周期和栖息地的宝贵信息。这些数据及其分析有助于生物学家、野生动物保护非政府组织和政府调整保护策略，缓解与人类活动的冲突，识别新的威胁等。

监测并保护濒危动物对于保护我们的地球至关重要。然而，我们需要一些切实可行的解决方案来应对在追踪和监测动物时遇到的挑战。

众多挑战，一个跟踪和监测野生动物的数字解决方案

监测动物首先要安装跟踪装置以获取其位置，并确保定期将获取的数据传输到云端以便进一步分析。虽然听起来很简单，但要让追踪器发挥作用就需要避开许多障碍。

无论是项圈还是较小的监控设备，追踪器都应该是非侵入式且重量要轻，以避免干扰动物的正常活动。追踪器应具有极高的数据效率，以最大限度地降低昂贵的卫星连接成本，在广阔的地域内保持功能，即使在地球上最偏远的地方也能传输位置数据。此外，它还应消耗极少的电池电量，以延长使用寿命，避免在捕捉过程中因昂贵的更换费用而对动物造成压力。

u-blox云定位解决方案将CloudLocate（基于云的定位服务）与紧凑型M10 GNSS模块相结合，有效地解决了这些难题。

此定位解决方案基于由GNSS接收器捕获的卫星快照，然后通过卫星连接上传到云端，并通过CloudLocate服务解析成位置信息。这是一种原生紧凑型解决方案，因为追踪器只需要集成一个小型的GNSS接收器，而不需要依赖地面基础设施（如蜂窝塔），在偏远和野外地区这些基础设施往往稀缺或不存在。由于不需要基础设施，成本也显著降低。此外，基于云的定位解决方案通过多种方式大幅降低了功耗。

不连续的电池使用。在其不连续的追踪模式下，定位解决方案可以每隔几天、几周或几个月对动物进行几次定位追踪。

单次定位的电池消耗量最小。GNSS接收器需要3到10秒来捕获一个有效的信号快照，因此相比标准工作模式，电池功耗降低了70%。无论追踪间隔如何，捕获时间都保持一致。由于捕获时间很短，用户可以快速验证是否可以获得动物的确切位置，即使是在水下或地下。

量化电池寿命。使用其他技术很难计算电池的使用寿命，因为例如动物侧卧可能会导致GPS和卫星信号超时。基于云的定位解决方案可以量化电池寿命，因为每次快照所需的时间都差不多。即使可能缺乏数据和GPS 定位信息来计算，这也不是问题，因为GPS和卫星无论如何都会超时。

无需A-GNSS技术。定位解决方案不使用任何辅助全球导航卫星系统（GNSS）技术，这通常是为了尽量减少电池消耗。这种方法的两个主要优点是 1）节省与云的数据通信；2）与不支持从云到设备的辅助GNSS数据交换的低带宽连接兼容。

将定位估算传输到云端：可为GNSS接收器节省额外的处理能量。

适应性。追踪器可以在标准模式下不使用GNSS接收机，而是采用云定位解决方案来接收云端的位置估计。通过这种方法，追踪器每天可以通过CloudLocate提供四到十次位置信息。而当设备需要获取位置信息时，GNSS接收机则可以在标准模式下激活以确定位置，然后使用卫星通信作为连接网络。这种做法将追踪设备的电池寿命延长至数年。

用于跟踪和监测野生动物的云定位解决方案已在全球各地成功实施。以下三个独特的故事展示了u-blox的追踪解决方案如何根据不同的物种和生态系统来满足不同的需求。

云定位技术在开展

1. 南极洲的阿德利企鹅

美国野生动物保护领导机构Point Blue的科学家目前正在监测南极洲罗斯岛上的阿德利企鹅群。Cellular Tracking Technologies(CTT)开发的追踪器，他们能够监测并分析幼年企鹅的扩散策略和觅食行为。这些数据有助于他们进一步了解与海冰变化相关的种群数量和生长动态的差异。

阿德利企鹅被认为是一种指示物种，可以帮助科学家评估气候和环境的变化。通过监测它们的活动模式，研究人员可以评估海洋生态系统的任何变化。

阿德利企鹅虽然可爱，但千万不要被它的形象所迷惑，以为追踪阿德利企鹅很容易。事实上，这并不简单。这些漂亮的小企鹅个头小，游泳速度快，时速可达13公里。更困难的是，它们大部分时间都在水下活动，这使得追踪它们变得异常困难。因此，这些跟踪设备必须是非侵入式的，耗电量极低，而且数据效率高。

2. 非洲大陆的大型猫科动物和其他物种

在南非，杰森-塔尔（Wildlife ACT Innovations）开发的野生动物追踪项圈能够测量四种参数：海拔、活动、温度和各种动物的位置，包括穿山甲、大象、犀牛、狮子、猎豹和野狗。

多家公司和组织利用Wildlife ACT创新公司在使用u-blox技术追踪野生动物项圈方面的专业知识。该公司的业务遍及莫桑比克、马拉维、坦桑尼亚、津巴布韦、纳米比亚、肯尼亚和南非，为世界自然基金会、国家公园、非洲公园与和平公园基金会管理的公园以及各种私人保护区等组织提供支持。他们支持的另一个组织是野生动物法案（Wildlife Act），该组织代表保护区（主要在南非）监测重点濒危物种。

穿山甲是世界上被贩卖最多的哺乳动物之一。每年都有数以万计的这种无害的动物因其肉和鳞片而被偷猎，其中鳞片在传统中药中具有很高的价值。

从偷猎者手中解救出来的穿山甲到达保护区时状况不佳，它们必须接受密集的放归计划。这可以确保它们适应新环境、开始进食并增加体重。这项计划很有必要，因为穿山甲的食物以特定种类的蚂蚁和白蚁为主。它们必须不断移动才能找到这些昆虫，这就是它们不能被圈养的原因，即使是短期也不行。

在这种情况下，追踪装置就变得非常有用。作为该计划的一部分，穿山甲最初被放归，每晚都会受到监控，以确保它们进食并适应新环境。随着它们逐渐适应新环境，观察的频率也会降低。它们也开始自己照顾自己。放归后，穿山甲保护计划的下一步是监测它们的活动范围，因此追踪装置仍会留在原处。最终，当穿山甲完全适应环境并建立了家园范围后，追踪装置就会被移除。

利用云定位解决方案进行每小时一次的GPS跟踪，穿山甲追踪器的电池在充满电后可使用一个半月。间歇性追踪对于监测穿山甲特别有效，因为穿山甲是一种隐蔽性很强的动物，它们的半生都在洞穴中度过。

至于野猫和野狗，项圈有多种用途。

防止基因污染。在南非的小型保护区，遗传至关重要。狮子和野狗经常迁入迁出，在保护区之间交换。在这种情况下，需要使用项圈来确保动物不会试图返回之前的保护区。一旦动物安顿下来，就可以取下项圈。

防止逃跑。在围栏保护区，追踪野生猫科动物和犬科动物的位置对于防止它们逃脱至关重要。这些保护区通常周围是人口密度较高的区域，而围栏也可能相当容易出现漏洞。

间歇性使用电池在这种情况下至关重要。如果一只野生猫科动物或犬科动物从保护区逃出，可以通过激活设备来定位并找回它。通常，这些设备每天提供四到六个GPS位置信息。当确定某个物种可能与人类发生冲突时，可以增加GPS传输的频率，以便更容易跟踪。这些设备上的CloudLocate功能可以在仅使用标准GPS功能时将电池寿命从18到24个月显著延长至最多四年。

适应缓慢的步伐。追踪狮子、猎豹或野狗的位置之所以具有挑战性，主要是因为这些动物长时间不动。一只狮子每天可以在地上躺大约18个小时。在这种姿势下，项圈位于动物颈部朝下，几乎平行于地面。持续追踪这些位置会消耗大量电池能量，因此更倾向于定期拍摄快照。

3. 南非的犀牛

最后一项申请的重点是保护黑犀牛和白犀牛。黑犀牛是一种极度濒危物种，其数量已减少到几千头。幸运的是，持续的保护工作使黑犀牛的数量逐渐增加。然而，同样影响白犀牛的偷猎威胁继续破坏着保护成果。

在一次跨学科合作中，纳沙泰尔大学（University of Neuchâtel）的生物学家和沃州工程与管理学院（HEIG-VD）的工程师共同开发了全球导航卫星系统（GNSS）追踪器的电子设备和信息技术系统，用于跟踪犀牛的行动。通过收集到的数据，研究人员和公园管理员可以有针对性地监测犀牛的数量。

HEIG-VD应用科学教授Jürgen Ehrensberger表示：“濒危物种的数字保护是指利用数字技术帮助物种保护。”

这项研究为黑犀牛保护生态项目提供了支持，该项目涉及南非的几个私人公园和国家公园，包括伊萨拉野生动物保护区（Ithala Game Reserve）、Munywana Conservancy、Hluhluwe-iMfolozi公园和克鲁格国家公园。

这种半球形装置如下图所示，通常被称为“角荚”，安装在犀牛被拔掉角后的后角墩上，以达到反盗猎的目的。这些低功耗追踪装置的电池寿命长达两到三年。

修剪犀牛角已成为保护区和公园的一项常规维护工作。其目的是通过减少偷猎动机来保护动物免受偷猎者的侵害。在去角活动中（可以是一般性的，也可以是有针对性的），会给选定的个体安装角荚。

第一版“角荚”使用LoRaWAN作为通信技术，需要在保护区内部署LoRaWAN网关和塔。此后，该项目一直在不断发展，不过在过去一年中，同时测试了一种更简单、更便宜、更直接的追踪技术。

新的全球导航卫星系统追踪器配备了卫星技术支持的跟踪接收器（u-blox（CloudLocate + M10全球导航卫星系统接收器）和Astrocast）。这种替代解决方案无需基础设施，更易于部署，接收效果更好，电池消耗更低，目前正在穆尼瓦纳保护区和克鲁格国家公园使用。它使科学家们能够大幅增加追踪动物的数量。到2024年底，预计将有超过150头犀牛配备可追踪角荚。

生物学家利用这些数据对不同的犀牛种群进行监测和研究，主要目的是改进管理方法，增加犀牛数量，扩大分布范围，实现物种恢复。具体来说，跟踪犀牛的位置有助于评估个体的家园范围和重叠情况、栖息地的使用情况，并采取科学合理的生物管理措施。

这些数据对于保护区的业务管理也很有价值，因为地球巡护者等综合平台可以帮助进行监测。例如，护林员可以确定犀牛是在移动还是静止不动，以及该动物是否已经突破了保护区的边界。这些追踪设备还可以追踪这些动物与其他被追踪物种（如大象）或车辆的运动关系。

野生动物保护的新篇章

正如我们所展示的，了解动物的行踪对于防止地球上物种减少的保护工作至关重要。

2015年，联合国（UN）推出了一项为期 15 年的可持续发展计划，其中包括 17 项目标，其中一些目标的重点是保护地球上的物种。正如本文所强调的，u-blox云定位技术的一项应用可帮助实现目标 14 和 15：保护水下生命和陆地生命。我们鼓励在此类项目中使用我们的技术，并完全支持推进这些目标的倡议。

/关于u-blox公司/

瑞士u-blox公司（SIX:UBXN）专注于为客户提供丰富的芯片和模块产品以及全面的物联网服务，赋能客户以实现精准定位与万物互联。我们凭借业界领先的解决方案持续推动未来汽车与物联网行业的创新升级。u-blox公司总部设于瑞士苏黎世塔尔维尔，目前全球员工约1,400名，可为客户量身打造出兼具精准、智能和可持续性的解决方案。