北上象群50天晝夜跟蹤監測,一次典型的時空應用案例

去年12月,一群長期棲息在雲南西雙版納的野生亞洲象,首次造訪了百公里外的普洱市墨江縣。今年4月起,它們的足跡開始逐漸靠近人類城鎮,其中除兩頭象中途返回普洱,其餘15頭不斷北行遷移,多次抵達並在人類鄉村、城鎮活動,造成破壞,目前仍在持續在昆明晉寧區活動,引發全網圍觀討論。

作為現存最大的陸生動物,亞洲象群北上過程中毀壞的農作物等,導致近700萬經濟損失;更重要的是,作為野生動物,象群進入人類居住區域後,也對當地居民造成人身安全威脅。政府部門出動了大量人物力進行跟蹤干預。這其中,

時空科技更是全員出動,上演了一出新聞事件中的「活案例」

—— 定位與遙感衛星、無人機、紅外檢測儀、電子圍欄、物聯網,以及綜合監控指揮大屏的融合應用,物件群狀態、定位、動向的實時掌握,起到了重要的作用。現在就讓我們進入宏觀視野,追蹤北上象群走過了哪些路,以及在物件群北山的監測中,時空科技如何發揮力量。

持續行進的15只亞洲象群由6頭雌象、3頭雄象、3頭亞成體和3頭幼象組成,去年年底,它們離開“故鄉”,今年4月-6月它們開始加快步伐,沿著“玉溪元江縣→紅河州→玉溪市峨山縣→玉溪市紅塔區→昆明晉寧區”的路線,僅用50天左右,跋涉超500公里,穿過半個雲南,創造了多個“首次”,實現了壯觀的遷徙歷程。

2020年12月,這一象群成為首次造訪普洱市墨江縣的亞洲象

2021年4月16日 象群進入60公里外的玉溪元江縣覓食

5月16日凌晨 除2頭象返回普洱,其餘15頭野象進入紅河州石屏縣寶秀鎮

5月24日晚8時,象群遷徙到玉溪市峨山縣

5月26日19時,象群進入峨山縣雙江街道

5月27日晚,象群透過峨山縣城

5月29日,野象群進入峨山縣植被茂密的林區

5月29日22點,亞洲象群進入玉溪紅塔區

5月30日,象群到達紅塔區大灣村附近

6月1日,野象出現在紅塔區草皮山密林中

6月2日,象群進入紅塔區老光箐村子,沿村落前進

6月3日,象群到達昆明市晉寧區,沿雙河鄉向北偏西遷移

6月5-8日,受雨水影響,象群減緩行動速度,持續在晉寧區活動,暫停遷移

在這段目的地不明的旅程中,象群路過森林、路過溝谷,也路過鄉村,甚至穿越城鎮,晝夜不息。

為了確保每頭野生象都在監控範圍內,沿途各政府部門,全程調集多臺無人機跟蹤監測,夜晚則採用紅外熱成像感知,同時結合地形地貌等空間資料,與衛星定位軌跡,實時掌控象群的動態和移動速度,最終透過以上時空資料的融合分析,預測象群動向,對於可能影響的區域,及時通知當地居民並引導疏散。

然而,這也並非緊急事件下臨時調集的時空力量。在雲南,亞洲象的數量雖在不斷增加,但其仍是數量極少的國家一級保護動物 ,

保護是首要原則

。2020年,西雙版納國家級自然保護區管理局就開始採用雲計算、物聯網、大資料等先進技術,實時收集分析亞洲象的行進軌跡和行為資料。這也對此次象群“出訪”起到了及早預警作用。

無人機是此次追蹤象群行動中出現最為密集和頻繁的影像監測和採集工具,全程幾乎無間斷工作,視角靈活、便於深入與靠近人類無法靠近的目標和環境、高解析度的優勢,讓無人機非常適合觀測野生動物,同時可獲取活動定位、移動速度等資料。以下為無人機視角採集的象群蹤跡——

那麼,無人機在應急行動中又是如何實際協同人類作業的?例如在6月3日,象群持續在晉寧區雙河鄉人類聚居附近活動,昆明市和晉寧區兩級啟動應急處置預案,無人機監測團隊、應急處置團隊、亞洲象專家全部轉場到晉寧區雙河鄉。

雲南省林業和草原局現場出動12架無人機不間斷監測象群行蹤

,全面開展布防。與此同時,當地緊急增調渣土車,封堵周邊入村道路,組織群眾撤離,實施投食誘導,全力確保人象安全。

在夜晚可見度低的情況下,

採用紅外無人機與熱像儀等裝置,即使在漆黑的密林中也能夠監測象群行蹤

,紅外檢測能夠將物體發出的不可見紅外能量轉變為可見的熱影象,透過不同顏色代表被測物體的不同溫度,形成人眼可辨識的影像,鎖定目標的活動。

無人機與紅外熱成像裝置交替配合方案,能夠實現24小時不間斷的全程監測,在戶外管道監測、防火、夜視以及安防中也有廣泛應用。

此次象群的出沒雖然多臨近人類居住區,但是從前面遙感衛星地圖的宏觀行蹤中也可以看到,它們在進行過程中也經常深入植被密集的森林,即使無人機捕捉到象群蹤跡,也需要衛星定位給予準確的地理位置座標,以實現精確監測。

此時,

高精度衛星定位服務成為首選

,我國衛星導航定位系統增強系統包括地基增強系統與星基增強系統,經過之前專案應用實際測試,定位基本可達到

亞米級

此外,特有的衛星短報文通訊服務也可應用通訊訊號相對較弱的野外和密林中,以解決監測員進入原始森林後無法與外界通訊的問題。基於該服務,即便在沒有任何行動通訊網支援下,地面監測人員也能準確地知道自己的位置,並且透過短報文與外界通訊。傳輸內容同時支援文字、語音、影象等多種形式。

而在亞洲象的日常監測中,由於越來越多象群從保護區向外遷移,活動範圍擴大,且無固定路線,原有的紅外相機等監測方式很難起效。為了更好地監測這些象群的活動,透過給象群中的頭象和獨象佩戴衛星定位項圈,實現對亞洲象進行實時、精準監測,一旦象群脫離了平時的活動範疇,基於LBS與空間分析的

電子圍欄技術

將觸發警告,相關部門能夠及時對當地群眾和遊客進行預警和錯峰,減少人象衝突。

對於宏觀監測,遙感衛星最拿手,雖然無法拍攝到象群的遷徙細節,但是透過對地形資料、三維地理空間的還原,它能夠呈現象群北遷歷程中所處的真實環境,以及不同時間節點下,象群動態遷徙地理位置之間的空間關係和距離。

在衛星視角下,亞洲象群途徑地形複雜,山多谷深,森林密集;同時也能觀察到它們臨近甚至直接穿過的人類田地、城鎮,並且分析整體動向和活動規律,這也是其他時空資料採集裝置所無法比擬的。

最終,所有的時空資料匯聚在綜合指揮介面上,為相關部門的綜合監測、人員調集、智慧分析決策所服務。

靈活的時空資料獲取裝置的採用和資料服務、地面監測人員與時空視野的協同聯動,以及多源時空資料的綜合整合視覺化與分析,形成了一次示範性的時空資料應用案例和解決方案,在此次的北上象行動中,真正起到了24小時無死角的“圍觀”作用,時刻保障人象安全。

“按理來說,它們不會進行這種每天的、長距離的遷移,現在有點趕路的意思。”一路跟隨象群的陳明勇教授解釋,這個象群的行為似乎暴露了它們內心的“焦慮”。野生亞洲象群的突然“離家”,異常的快速北上遷徙,逼近人類密集區域,這一切都為這場旅程增添了神秘而奇幻的色彩。象群為何逼近人類棲居地?它們的目的地又是哪兒?引發了全網的猜測。

但或許下面幾幅時空變化圖,可以給我們一個客觀答案——

上面四幅圖呈現了

1975-2014年間的長時序下,亞洲象主要分佈的西雙版納、普洱、臨滄三地,天然林面積(綠色)縮減情況

(Liu et al。, 2017)。

上圖為

西雙版納州人象衝突可能性預測圖

(Chen et al。, 2016)。(a)圖表示:人群聚居區遭受象損的可能性;(b) 圖表示:人群聚居區在旱季受到野象攻擊的可能性分佈;(c)圖表示人群聚居區在雨季受到野象攻擊的可能性分佈。紅色為高危,藍色為低危。

(a)的紅色區域分佈廣,說明人類與象群活動區域的重疊度高;(b)圖比(c)圖的紅色分佈更廣,這正好符合了3-4月當地旱情嚴重時,象群不斷向周邊村寨擴散尋食的活動規律。

結合上下兩幅時空圖來看,

大象活動區域的天然林面積的不斷縮減、人類與象群居住區域重合度高、以及當地旱季會讓野生象更多外出覓食等生態問題和象群習性,或許是象群不斷北上遷徙行為背後的催化劑。

長時序下的物種分佈與變化的時空分析,能夠幫助人類揭示生態與自然的科學規律,以及提醒我們,不能忽視的客觀事實。

在雨林中,亞洲象發揮著“疏通雨林”的作用,它們巨大的身軀經過茂密的叢林中,開闢出空間,讓鬱閉的樹冠不再阻擋陽光雨露,為中小動物、植物創造生存空間和能量條件,

它是雨林生態中不可或缺的一環

。根據2004年林業部公佈的調查結果顯示,全國亞洲象僅存

180只

。野外亞洲象種群數量從19世紀早期至今已經

下降了97%

,而且一直呈

下降趨勢

作為亞洲現存的最大陸生動物,亞洲象群不斷地接近人類聚居地的行為,本身具有某種寓意色彩,似乎在提醒我們:在這個地球上生存的不僅有人類,還有無數像它們這樣的野生動物,這是我們共同的家園。

和諧、平衡的相處之道,或許是最佳的解決方案。

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