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江豚,就交给我们来守护吧

简介:

野生动物在不断消失,很多现实困难让我们无能为力。

长江江豚,已经处于极度濒危的状况。但由于其生活在水下,平均浮出水面只有0.81秒,传统装置无法定位、无法追踪,连活动范围和生活习性都不了解,又谈何保护。鲸类学研究保护,已经成为了全球性的技术难题。

中国科学院一些年轻的博士和工程师们,经过了近四年探索和研究,与阿里云IoT、四信通信科技和北京领先亿民携手,借助IoT平台、网络技术和F8L10D LoRa模组,终于研制了非侵入式江豚定位系统,实现了江豚保护的里程碑式突破。整个系统由三方协同研制的无侵入式江豚穿戴式LoRa信标、LoRa定位基站、江豚踪迹分析服务器组成,这也成为鲸类学研究未来最重要的发展方向之一。

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结果令人欣慰,但过程却异常曲折。

困局

如何定位江豚的生活习性、活动范围是保护最重要的一步,这对于陆地上的生物很好实现,但对于主要在水下的江豚却难倒了全球的保护组织。

在定位技术上,此前野生保护领域主流都是采用卫星定位或者无线电定位,但是在水下无线电信号无法传输,只能利用江豚出水的时间进行信号定位。但这个出水时间只有0.81秒。而卫星定位和无线定位都需要2-3秒,无法捕捉江豚信息。

在跟踪装置上,传统的海洋鲸类动物进行定位和跟踪研究,采用金属飞镖射入动物体内(6-29cm),采用倒刺等结构,使信标稳固。但问题来了,一是传统信标体积太大,无法在娇小的江豚身上应用。二是近年来科研人员发现信标并不会正常脱落,而是直接撕裂背鳍,从后脱落。2016年3月,美国一只罕见逆戟鲸死于卫星追踪器造成的感染。

转机

困难是巨大的,然而工作还是要继续前进。在经过多种技术手段尝试之后,中科院水生生物研究所的研究团队最终选取了以LoRa技术为核心的定位系统方案。
在实验的进行过程中,阿里云IoT提供了基于云计算能力的支持保障,除了具备常规的信息分段上传存储之外,更为系统在处理并发多终端原始信号的排序及快速解析展示提供了有力的保障。

LoRa技术具有低功耗、长距离、开放组网等技术特性,要求最高可以达到10年以上电池寿命,通信芯片和网络需要做到超低功耗,相对于无线网络,单基站的覆盖范围提升数十倍。借助Lora物联网技术不仅可以瞬间完成链接,同时也能大大提高定位和跟踪的精度,更重要的是可以解决数据传输的限制。

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架设在水文站的LoRa接收基站

整个系统由无侵入式江豚穿戴式LoRa信标、LoRa定位基站、以及江豚踪迹分析服务器组成。江豚身上的信标内置了四信F8L10D LoRa模组,四信极客在模组中移植完成了AliOS-things,处理器周期性地唤醒,并发出LoRa调制信号。由水域周边的 4G LoRa网关 F8916-L 采集,上报到服务器,由服务器计算出江豚的位置。

随着LoRa的应用,项目得以顺利实施。

研究成功

研究人员用了大量专业手段,小心翼翼的捕获了两只健康的江豚,并为其佩戴了无侵入式设备。

在将两头江豚释放,实验人员每天开船进行跟踪监测,均拍摄到两头动物一起活动,并且它们融入了周边的大群江豚群体。动物背负信标出水形态正常,游泳速度与周边动物无差异。直至16天后,跟踪实验圆满结束。

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两只江豚同时浮出水面

22940分钟,100980次出水,这是第一次在野外环境下对长江江豚实行最长时间的安全跟踪!通过追踪,研究团队发现了江豚大量生活习性。

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研究成果展示

江豚能不能进行江湖迁移行为?迁移的时间和路线是怎样?迁移的规模有多大?等谜团被逐个解开。这为如何划定长江流域的保护区,禁渔区,在江豚迁徙季节的线路上,如何不打扰其生活规律,作出了重要贡献。

最终,在2018杭州云栖大会上,该项目获得了阿里云IoT极客创新挑战赛亚军。目前,阿里云在持续探索IoT技术在非洲大象,四川保护区等更多野生动物保护项目上的应用。

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江豚保护项目获得2018年阿里云IoT极客创新挑战赛亚军

在今年9月结束的杭州云栖大会上,阿里云IoT发布了可以上天入地的“LoRa天空物联网”,可实现地面40000米高空到地下20米的覆盖,在海洋、森林等人类难以到达的场景有很好的应用,支持更多的野生动保护、森林保护等业务。阿里云IoT的Link WAN平台,支持LoRa的自由部署,让LoRa像WiFi一样,满足企业的各种物联网需求。

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中科院刘晓康博士也表示,未来将利用LoRa技术在消防、儿童保护等领域进行持续的探索与应用。

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