想要保护野生动物？先得学会偷拍它们的私生活

       2021年刚刚过去，说起这一年的关键词，生物多样性保护一定算其中一个。越来越多的人意识到了生态文明建设与生物多样性保护的重要性，但是怎样才能更好的保护这些人类的朋友，可能很多人并不了解。今天，就接着上一讲，和大家聊一聊野生动物保护工作者日常所需具备的第二项技能——偷拍。 
       说起偷拍，大家都会下意识的想到狗仔队们对明星的围追堵截时用到的长枪短炮。但是，想拍野生动物的私生活，这些东西可远远不够。所以今天的话题，重点介绍一下动物保护工作者们手中的偷拍神器——红外相机。

什么是红外相机？

       红外相机是红外线触发式自动相机的简称，是使用红外感应触发机制在无人操作情况下自动拍摄野生动物的静态照片或动态影像的一种摄像设备。其核心部件是红外/热传感器。根据传感器的工作原理，可以将其分为被动式相机和主动式相机两种（见图1）。被动式相机，主要应用于研究对象出现频率不高的情况下，记录某一特定区域内动物（如大型猫科动物）的日常行为。而主动式相机，通常架设在目标动物高频次出现的环境中，用来观察并记录个别动物或者动物家庭的行为。无论主动还是被动，其工作原理都是一样的。当温血动物从相机前方经过，环境温度与动物体温之间的差异会使得相机周围环境的热量产生一个较为明显的波动，该波动会触发红外感应器从而激发相机拍照或者摄像。

       红外相机的前身，是采用机械原理（如绊绳、套索、踏板等）触发的陷阱式拍照系统，其历史最早可以追溯到19世纪末。到20世纪90年代中期，带红外线传感器的自动相机逐渐被摄影师、生物学家、猎人等关注并开始使用。2005年，随着数码摄像技术的成熟，红外相机的性能得到了大幅提升，促进了其在野生动物保护研究中的应用。到了2010年后，数码产品日益普及，红外数码相机从最初价值数千美金的进口货，变成了价值不足千元人民币的国货，其应用也得到了大面积推广。据统计[2]，截止2018年底全国80%的国家级自然保护区里都布设了红外相机，累计总数超过3万台。 

图2 野外动物监测常用的红外相机型号 图片由陕西省动物研究所 赵海涛博士提供

为什么一定要用红外相机？

       看到这里，可能会有人问，拍个动物为啥非得要红外相机？之所以要这样做，关键在于要想开展野生动物的保护研究，就需要弄清楚三个核心问题：1.（这个地方）以前的动物现在还有么？2.有多少？3.都在哪？但是，山林里的动物们可不会老老实实摆好pose等你去找去拍（数量稀少且分布广泛），而且更不会愿意让你随随便便去窥探它们的私生活（生性警觉、行踪隐秘、夜间活动等）。要遇到个脾气大的（如羚牛、熊及其他大型动物），搞不好还得和你比划几招。 

图3 利用传统方法近距离拍摄大型野生动物是一件十分危险的事 图片源自网络

       所以，在没有红外相机之前，动物保护工作者要想弄清楚上面的那三个问题，主要采用的就是样线法和样方法（如图4所示），通过设定样线或样方范围作为调查区域内的抽样单位，以抽样范围内所见到的动物实体、足迹、粪便或者其他痕迹作为依据来进行该区域动物存在和活动情况的科学推测。这样的传统方法虽然必要，但是对于工作人员来说实在是异常艰辛，而且传统方法时常受人力、气候条件等自然因素影响，导致收集的数据十分有限。

图4 样线法就是在特定区域内划定相应的考察线路进行取样调查（如左图所示）而样方法则是在特定区域内划定相应面积的取样空间进行调查（如右图所示）

       与望山跑断腿的传统调查方法相比，红外相机具有显著的优势：首先，它能够适用于各种类型的环境，在野外长时间全天候独立工作，一次蓄电通常可以不分昼夜持续运行3-6个月。这样，工作人员就不需要为了获取数据而在野外长期蹲守，可以极大的解放人力。同时，可以对预设区域实现长期持续观察，从而便于获得那些行踪隐秘或是夜行性动物的数据。其次，使用红外相机进行观察具有较好的隐蔽性，可以将人为活动对动物的影响大大降低。因为大多数动物的感官都比人类敏锐，频繁接近或者接触动物，往往会对动物造成不同程度的惊扰，从而对动物的行为、习性甚至群落产生影响。最后，红外相机拍摄到的影像数据相比通过动物痕迹进行判断更加直观可靠，而且数字化的影像数据便于存储和交流。

图5 分餐露宿、跋山涉水是开展野生动物保护工作的日常 图片由陕西省动物研究所 赵海涛博士提供

红外相机都能干啥？ 

       说了那么多好处，究竟红外相机可以用来干点啥？其实，最初的应用是对野生动物进行本地调查，也就是上面说的弄清三个问题。但是，在使用的过程中，科学家们发现红外相机的作用远不止如此。由于可以长时间24小时工作拍照，从而收集到大量特定研究对象的活动数据，从而可以对其进行动物行为学的研究。目前，最成功的应用便是利用红外相机对大型猫科动物习性的研究。

图6 感官敏锐、活动隐秘等特点使得大型猫科动物的行为研究十分困难，红外相机能捕捉到大量平时无法观察的直观信息，为我们了解这些神秘动物贡献巨大[3]

       此外，根据红外相机拍到的海量数据，使用相应的数学模型和数据分析软件，还可以估算出目标物种的种群大小、密度和群落动态。另外，随着红外相机的普及，除了用于保护区的常规生物多样性监测，科学家们还将其应用于大型工程（如水坝、高铁等）建设对于周边生态环境影响的监测。随着高速公路、铁路网路日益发达，动物栖息地碎片化日趋严重，为了解决动物出行的安全问题，红外相机也逐渐被用于野生动物通道监测和道路交通影响的监测中。

图7 使用红外相机拍摄到的羚牛种群活动照片[3]

红外相机怎么用

       红外相机虽然操作简单，但是真正想让它发挥作用，这里面也有学问。相机与相机之间的间距位置、相机的架设方向、设备固定、高度以及是否需要进行外观伪装，都是工作人员需要考虑的问题。通常，为了保证效能的最大化，相机之间应当保持各自的独立性，拍摄的范围不能重叠。另外，在布设过程中要尽量避免逆光拍照，所以尽可能的将相机朝向北侧。同时，为了保证其能够长期有效工作，在固定时要做好密封，避免持续降雨导致设备因漏水而损坏。而且，需要尽可能的固定牢靠，避免因为动物碰触或其他原因而错位导致无法正常工作。最后，相机的安装高度应当根据目标对象具体问题具体分析。一般来说，将相机的高度设置在目标动物的肩部位置比较合适。如果监测的对象是群体而非个体，通常安装高度在距离地面0.4-1m处比较合适。 

图8 出于好奇，动物们常常会对出现在活动范围内的红外相机进行“研究”，所以固定和隐藏都十分重要 笔者摄

       尽管红外相机已被广泛使用，但依然存在一些不足之处。目前红外相机在对大型动物和地栖鸟类的观测中效果显著，但是对于像啮齿类这样的小型动物和体积小、飞行速度快的林栖鸟类而言，却很难捕捉到它们的清晰影像。而且，目前的红外相机仅能够提供拍照和摄像数据，而对于图像中动物的识别则主要依靠人工。因此，对于产生的海量数据如何进行高效、准确的识别是当前一个迫切需求。此外，为了更好的利用这些数据，建立我国乃至全球野生动物红外相机监测网络并实现数据共享，也是目前业界的普遍共识。

图9 红外相机拍摄的照片中，大型动物很容易被识别，而如图中具有环境伪装能力的鸟类或其他小型动物则往往很难被发现 图片引自 大熊猫国家公园佛坪管理分局微信公众号

       由于人口急剧增长、自然资源过度开发、环境污染、全球气候变化等生态环境问题的长期影响，全人类在生物多样性保护方面正面临前所未有的压力。要想更好的保护我们身边的这些美丽生物，还需仰仗更多先进科学技术和研究方法的不断引入和运用。希望有越来越多像红外相机这样的“神器”能够帮我们守护好这美丽的家园。

致谢： 
       感谢陕西省动物研究所赵海涛博士为本文提供的照片素材和技术指导。
参考文献：
1. 李晟等. 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. 生物多样性，2014，22（06）
2. 王程亮等. 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. 四川动物,2021，40（3）
3. 刘雪华等. 红外相机技术在物种监测中的应用及数据挖掘. 生物多样性,2018，26(8)
4. 肖治术等. 红外相机技术促进我国自然保护区野生动物资源编目调查. 兽类学报,2016，36（3）
5. 朱广河等. 基于红外相机技术的交通野生动物通道监测与有效性评价. 中外公路, 2019,39(02)
6. 何刚等. 基于红外相机技术监测秦岭山地饮水工程对中大型兽类种群影响的初报. 四川动物, 2018，37（04）