一只斑頭雁的IT故事

楊志杰

如果沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，青海湖的生態(tài)保護(hù)者們，也許仍舊無(wú)法了解各種水鳥(niǎo)的生活習(xí)性。

“斑斑”是青海湖近萬(wàn)只斑頭雁中的一只。4月初，完成了配偶工作的斑頭雁們，陸續(xù)向青海湖的蛋島和三塊石島集中，開(kāi)始繁殖和孵化下一代。

“斑斑”隨著它的家族來(lái)到了蛋島。它們?cè)诘皪u的某個(gè)區(qū)域，集中筑巢，并構(gòu)建起一個(gè)協(xié)同防御的體系：家族中所有成員的巢與巢之間，形成共同的防御區(qū)域，一旦有其他的鳥(niǎo)類進(jìn)入到這個(gè)區(qū)域，“斑斑”的兄弟姐妹們，就會(huì)群起而攻之。

像其他的斑頭雁一樣，在大的防御區(qū)域內(nèi)，“斑斑”以自己的巢為原點(diǎn)，構(gòu)建了個(gè)體防御范圍。倘若其他的鳥(niǎo)類進(jìn)入，它便會(huì)發(fā)起攻擊，即便是配偶以外的家族成員。這時(shí)候，對(duì)于“斑斑”而言，沒(méi)有什么事情比順利繁殖出下一代更為重要的了。

侯元生是青海湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局的信息化負(fù)責(zé)人，他的主要工作職責(zé)之一，就是日常維護(hù)中科院為青海湖保護(hù)區(qū)建設(shè)的各種信息化系統(tǒng)。

他說(shuō)，“如果沒(méi)有科研信息化，青海湖保護(hù)區(qū)的大量保護(hù)和科研工作是做不起來(lái)的?！睂?duì)斑頭雁行為的研究，正是以野外探頭收集的海量鳥(niǎo)類視頻圖像為基礎(chǔ)開(kāi)展的。

20萬(wàn)年前，青海湖是與黃河相通的淡水湖。由于地殼的劇烈運(yùn)動(dòng)，13萬(wàn)年前，青海湖被隆起的山地，圍成了閉塞湖。而隨著氣候逐漸變干，青海湖最終轉(zhuǎn)變?yōu)橄趟?/p>

青海湖是鳥(niǎo)的王國(guó)。每年，平均約有5萬(wàn)到6萬(wàn)只鳥(niǎo)，來(lái)到青海湖，在此棲息和繁殖。這些鳥(niǎo)的種類共有221種。3到4月，雁、鴨、鶴、鷗等夏候鳥(niǎo)陸續(xù)從南方遷徙到青海湖，擇地營(yíng)巢；5到6月，鳥(niǎo)類們開(kāi)始繁殖；9月底，夏候鳥(niǎo)開(kāi)始南遷；12月中旬冬候鳥(niǎo)遷來(lái)。

雖然青海湖的保護(hù)者們，能夠描繪出青海湖鳥(niǎo)類來(lái)去的規(guī)律，但是對(duì)于青海湖的鳥(niǎo)類從何處來(lái)，到哪里去，各種不同鳥(niǎo)類的種群數(shù)量為何有時(shí)多，有時(shí)少，如何更好地保護(hù)鳥(niǎo)類等問(wèn)題卻一籌莫展——直到科研信息化在青海湖實(shí)施，而最初的由頭卻是禽流感的爆發(fā)。

追蹤鳥(niǎo)的遷徙

2005年5月，在青海湖蛋島上筑巢的“斑斑”忽然發(fā)現(xiàn)，身邊的同伴們一只一只地離開(kāi)了鳥(niǎo)群，有的顫巍巍地走向湖邊，一頭栽倒，再也沒(méi)有起來(lái)；有的則遠(yuǎn)離筑巢地，將頭扎到沙灘中，奄奄一息。

5月3日，青海湖的游客們發(fā)現(xiàn)了鳥(niǎo)類的異常情況。生病的鳥(niǎo)不僅僅限于“斑斑”的種群斑頭雁，青海湖夏候鳥(niǎo)四大種群的另外三個(gè)：棕頭鷗、魚(yú)鷗和鸕鶿也開(kāi)始出現(xiàn)類似的病癥。

隨后的調(diào)查結(jié)果震驚了全球，世界首例遷徙野生鳥(niǎo)間傳播的高致病H5N1型禽流感，在青海湖爆發(fā)?！安坏絻芍?，死亡鳥(niǎo)類的數(shù)量高達(dá)6000多只，其中斑頭雁死亡近千只，當(dāng)時(shí)青海湖鳥(niǎo)類的總量約為4.8萬(wàn)只。”青海湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局副局長(zhǎng)何玉邦回憶道。

禽流感爆發(fā)后，青海湖保護(hù)區(qū)除了按照要求對(duì)死亡鳥(niǎo)類進(jìn)行處理外，并沒(méi)有更多的辦法去研究，野生鳥(niǎo)類為何會(huì)感染禽流感。

中科院信息化專家委員會(huì)主任閻保平說(shuō)，已有研究表明，遷徙的候鳥(niǎo)有可能是高致病H5N1禽流感病毒傳播的攜帶者，青海湖是候鳥(niǎo)中亞遷徙路線中最重要的繁殖地和經(jīng)停地之一，那么，候鳥(niǎo)與家禽之間是否存在潛在的禽流感傳播威脅？候鳥(niǎo)的遷徙路線與禽流感爆發(fā)之間的關(guān)系又如何呢？

在青海湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局副局長(zhǎng)何玉邦的心中，在禽流感爆發(fā)后第一時(shí)間，率領(lǐng)學(xué)生和同事趕到青海湖的閻保平，是比珍稀動(dòng)物還要稀少的科學(xué)家。“自帶干糧干活，科研成果共享，在青海湖做應(yīng)用，在青海湖做示范，推進(jìn)青海湖的科研信息化。”他評(píng)價(jià)道。

為獲得候鳥(niǎo)遷徙路線數(shù)據(jù)，在多次前往青海湖考察后，閻保平所在的中科院網(wǎng)絡(luò)中心牽頭與青海湖自然保護(hù)區(qū)、中科院動(dòng)物所、病毒所、遙感所、寒旱所、微生物所以及西北高原所聯(lián)合，并與美國(guó)地質(zhì)勘探局（USGS）等機(jī)構(gòu)合作，開(kāi)展了青海湖候鳥(niǎo)遷徙的GPS跟蹤研究。

從2007年到2008年，共有67只鳥(niǎo)類安裝了GPS定位系統(tǒng)，包括29只斑頭雁，“斑斑”便是其中的一只。安裝的GPS系統(tǒng)在兩年后，也就是2010年之后，將自動(dòng)脫落，按照何玉邦的描述，這相當(dāng)于給鳥(niǎo)背了一個(gè)很輕的書(shū)包。

侯元生介紹說(shuō)，此前保護(hù)區(qū)也曾經(jīng)給鳥(niǎo)類裝上過(guò)GPS，但當(dāng)初設(shè)備的地理精度和續(xù)航能力都比較差，研究效果并不理想。

這67個(gè)憑借太陽(yáng)能續(xù)航的GPS定位系統(tǒng)，每?jī)蓚€(gè)小時(shí)會(huì)記錄一次GPS數(shù)據(jù)，每?jī)商鞎?huì)向衛(wèi)星跟蹤采用的Argos系統(tǒng)上傳一次數(shù)據(jù)。67只鳥(niǎo)持續(xù)發(fā)回?cái)?shù)據(jù)，在中科院建立的衛(wèi)星跟蹤數(shù)據(jù)庫(kù)中，研究結(jié)束后，經(jīng)整理，總記錄數(shù)達(dá)到817173條。

Argos系統(tǒng)由數(shù)據(jù)發(fā)射平臺(tái)、衛(wèi)星上的DCS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）有效載荷、地面接收處理站和數(shù)據(jù)處理中心3部分組成?？蒲腥藛T同時(shí)使用Google Earth，對(duì)跟蹤數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，從而獲得候鳥(niǎo)的遷徙路線。

他們看到，“斑斑”和它的同伴們?cè)陔x開(kāi)青海湖后，在瑪多縣附近的湖泊河流，如鄂陵湖、黑河等濕地附近較長(zhǎng)停留后，經(jīng)玉樹(shù)進(jìn)入西藏境內(nèi)，并集中在拉薩河谷地帶過(guò)冬。因?yàn)槟抢锏霓r(nóng)田在冬天有糧食遺留，而當(dāng)?shù)夭孛瘢炔粴⑸膊蝗菰S他人殺生；同時(shí)，當(dāng)?shù)囟練夂驕睾??！鞍甙摺眰冋业搅税踩⑦m宜的濕地環(huán)境過(guò)冬。而“斑斑”的一個(gè)伙伴，甚至在12月的時(shí)候，飛躍了喜馬拉雅山，在印度過(guò)了冬——那里曾經(jīng)發(fā)生過(guò)禽流感，但中科院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心李健說(shuō)，這并不能證明野生鳥(niǎo)類的禽流感是由家禽傳染的，除非有新的技術(shù)手段能夠監(jiān)測(cè)到鳥(niǎo)類身體內(nèi)部的病變，例如，何時(shí)攜帶病毒？

隨后，青海湖保護(hù)區(qū)按照GPS記錄的數(shù)據(jù)，對(duì)67只候鳥(niǎo)遷徙的13個(gè)主要停經(jīng)地、6個(gè)越冬地，展開(kāi)了地面調(diào)查，發(fā)現(xiàn)這些地方有著相同的特點(diǎn)：有大量的食物資源，同時(shí)又遠(yuǎn)離人類聚居區(qū)。“鳥(niǎo)類遷徙的關(guān)鍵是食物和隱蔽場(chǎng)所?！焙斡癜羁偨Y(jié)道。

雖然到現(xiàn)在為止，究竟是家禽傳染了野生鳥(niǎo)，還是野生鳥(niǎo)傳染了家禽，這一命題仍舊無(wú)法解答，但是青海湖生態(tài)保護(hù)者們通過(guò)對(duì)鳥(niǎo)類遷徙的研究獲得了另一個(gè)收獲，就是更加了解了鳥(niǎo)類的習(xí)性，從而能夠更好地保護(hù)它們，以保障它們的種群更好地繁衍下去。

來(lái)年春天的3月，“斑斑”們將再次回到青海湖，配偶、繁殖，生態(tài)保護(hù)區(qū)要做的事情是，確保這些鳥(niǎo)類在繁殖的季節(jié)有安全、適宜的筑巢地。

“遠(yuǎn)離”鳥(niǎo)類

禽流感過(guò)去了，鳥(niǎo)類們周而復(fù)始的遷徙活動(dòng)仍在繼續(xù)。

“斑斑”再次回到蛋島，進(jìn)入新一輪的繁殖周期。困擾它繁殖的最大危險(xiǎn)，并不僅僅是疾病和天敵，而更多的是來(lái)自于人類的干擾。

對(duì)于“斑斑”而言，在產(chǎn)卵時(shí)看到人，與看到狼的結(jié)果是相同的。斑頭雁有很強(qiáng)的應(yīng)急反應(yīng)，在發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)，親鳥(niǎo)會(huì)迅速離開(kāi)幼鳥(niǎo)，這往往會(huì)造成弱小幼鳥(niǎo)的死亡。

事實(shí)上，青海湖保護(hù)區(qū)的工作人員必須要定期前往鳥(niǎo)類繁殖的島嶼檢查是否安全，同時(shí)研究鳥(niǎo)類的習(xí)性，也需要人員監(jiān)測(cè)。

閻保平說(shuō)，青海湖科研項(xiàng)目主要圍繞鳥(niǎo)類活動(dòng)開(kāi)展，人工觀測(cè)環(huán)境惡劣、鳥(niǎo)類數(shù)據(jù)難以獲得。

為了解決青海湖鳥(niǎo)類實(shí)時(shí)監(jiān)控的難題，在禽流感發(fā)生的第二年，中科院在青海湖保護(hù)區(qū)蛋島建立了第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)鳥(niǎo)的孵化繁殖、哺育、疾病等行為。

此前，青海湖保護(hù)區(qū)在蛋島曾設(shè)立了4個(gè)探頭，視頻傳輸技術(shù)手段較為落后，其主要作用是監(jiān)督游客，避免游客翻越圍欄。

據(jù)侯元生介紹，在過(guò)去的這幾年里，青海湖野外實(shí)時(shí)視頻監(jiān)測(cè)范圍不斷擴(kuò)大，監(jiān)測(cè)設(shè)備也不斷升級(jí)，網(wǎng)絡(luò)也在2012年由IPv4跨越到了IPv6。

根據(jù)鳥(niǎo)類繁殖區(qū)域，以及珍稀動(dòng)物普氏原羚的救護(hù)區(qū)域，目前，青海湖野外視頻的監(jiān)控范圍擴(kuò)展到了蛋島、三塊石、海心山、鸕鶿島、布哈河口三角洲、普氏原羚庇護(hù)所六個(gè)保護(hù)區(qū)核心區(qū)。

由此，青海湖視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)形成了一張獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，包含6個(gè)局域網(wǎng)，除蛋島核心樞紐外，其他5個(gè)局域網(wǎng)通過(guò)微波，將數(shù)據(jù)匯聚到蛋島監(jiān)控室，蛋島監(jiān)控室則通過(guò)光纜與保護(hù)管理局網(wǎng)絡(luò)信息中心互聯(lián)，現(xiàn)在保護(hù)區(qū)的工作人員不用上島就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控鳥(niǎo)類的狀況了。

在侯元生看來(lái)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)鳥(niǎo)類習(xí)性的同時(shí)，另一個(gè)重要作用就是防止?jié)O民、野獸與鳥(niǎo)的接觸。

過(guò)去，漁民會(huì)去布哈三角洲、三塊石島等地打漁，一方面他們會(huì)撿拾鳥(niǎo)蛋，另一方面也會(huì)給鳥(niǎo)的繁殖造成騷擾。打漁目前在青海湖是被禁止的。青海湖湟魚(yú)是很多鳥(niǎo)類的主要食物，近年來(lái)湟魚(yú)數(shù)量急劇減少，這有可能會(huì)使得鳥(niǎo)類沒(méi)有糧食而影響到其種群的生存。“安裝了監(jiān)控設(shè)備之后，漁民就不敢再去鳥(niǎo)類繁殖地了，探頭具有威懾作用，現(xiàn)在，鳥(niǎo)類繁殖地非常安靜。”侯元生說(shuō)。

侯元生的另一個(gè)故事，來(lái)自于狐貍。在上一個(gè)冬天，青海湖湖面結(jié)冰的時(shí)候，有一只狐貍登上了三塊石島，在湖面化開(kāi)之后，這只狐貍并沒(méi)有離開(kāi)，也沒(méi)有辦法離開(kāi)了，此時(shí)大批候鳥(niǎo)回遷，開(kāi)始繁殖。侯元生從探頭發(fā)現(xiàn)了狐貍，當(dāng)他們到島上驅(qū)趕狐貍時(shí)，已經(jīng)有20多只鳥(niǎo)被狐貍咬死?！叭绻患霸绨l(fā)現(xiàn)，等到小鳥(niǎo)出來(lái)的時(shí)候，不知道會(huì)咬死多少鳥(niǎo)。”他說(shuō)。

自從青海湖視頻監(jiān)控系統(tǒng)安裝以來(lái)，青海湖管理局，通過(guò)探頭在青海湖新發(fā)現(xiàn)了32種鳥(niǎo)類，將青海湖鳥(niǎo)類的數(shù)量由原來(lái)的189種，更新到了221種。

“斑斑”們也獲得了前所未有安寧的繁殖環(huán)境。

科研與挑戰(zhàn)

青海湖網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為科研打開(kāi)了一扇窗戶，通過(guò)攝像頭獲取的視頻數(shù)據(jù)，對(duì)“斑斑”等鳥(niǎo)類繁殖期間各種習(xí)性的研究，一直在進(jìn)行中，很多研究者也憑此發(fā)表了多篇論文。

而青海湖視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的圖像，也由普清逐步升級(jí)到了標(biāo)清，并最終部分跨越到了高清；后端系統(tǒng)，也從最初的沒(méi)有服務(wù)器，依靠光盤(pán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，發(fā)展到了所有視頻數(shù)據(jù)均有當(dāng)?shù)卮鎯?chǔ)和遠(yuǎn)程異地（北京，中科院）存儲(chǔ)備份。

何玉邦希望這些升級(jí)能夠在未來(lái)，幫助網(wǎng)民在網(wǎng)上直接觀看青海湖鳥(niǎo)類的實(shí)時(shí)視頻。

據(jù)李健介紹，整個(gè)青海湖視頻監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)目前租用了20兆帶寬，以與互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接。事實(shí)上，目前每天6個(gè)區(qū)域的視頻探頭，形成的高清圖像數(shù)據(jù)，高達(dá)60～70G。

令侯元生高興的是，視頻圖像資料目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能獲取、自動(dòng)錄入、自動(dòng)入庫(kù)、自動(dòng)傳輸和自動(dòng)分類——不同的探頭對(duì)著不同的鳥(niǎo)類，這些探頭收集回來(lái)的數(shù)據(jù)，會(huì)按照不同的鳥(niǎo)類分類入庫(kù)。

令侯元生困擾的是，到目前為止，還沒(méi)有一種有效的辦法，針對(duì)視頻圖像資料進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鳥(niǎo)類習(xí)性的自動(dòng)研究。

侯元生現(xiàn)在用的還是土辦法，即設(shè)定一個(gè)視頻數(shù)據(jù)分析的流程，首先快速瀏覽，其次將有需求的視頻畫(huà)面分組，然后再由不同的研究小組對(duì)視頻中鳥(niǎo)類的行為進(jìn)行記錄，最后放在模版中進(jìn)行分析，這樣即費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。

“這是一個(gè)國(guó)際性的難題，中科院正在開(kāi)展此類的研究，研究也僅僅處于對(duì)鳥(niǎo)類的識(shí)別階段?！敝袊?guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心張海明說(shuō)，將來(lái)海量視頻放在網(wǎng)上，發(fā)揮大量網(wǎng)民的力量，相信會(huì)產(chǎn)生不錯(cuò)的研究成果。

事實(shí)上，青海湖視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)除了能夠提供科研服務(wù)外，本身就是一個(gè)科研項(xiàng)目。

該系統(tǒng)是一個(gè)典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。未來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)對(duì)地址的海量需求，被看作是推動(dòng)IPv4向IPv6發(fā)展的一個(gè)重要原因。今年，該監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)所有的前端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、傳輸設(shè)備，均滿足了IPv6協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。中科院的專家們?cè)谶@一系統(tǒng)內(nèi)做了大量有關(guān)IPv4與IPv6互通的實(shí)驗(yàn)。

在視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之外，還有另一個(gè)科研項(xiàng)目，即“青海湖國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)聯(lián)合科研基地?cái)?shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺(tái)”，該平臺(tái)面向中科院很多研究所提供服務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋了鳥(niǎo)類資源調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)、候鳥(niǎo)監(jiān)測(cè)視頻數(shù)據(jù)庫(kù)、環(huán)湖植被樣地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)、保護(hù)區(qū)生物多樣性數(shù)據(jù)庫(kù)、禽流感數(shù)據(jù)庫(kù)、候鳥(niǎo)遷徙GPS數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)等相關(guān)科研資料庫(kù)。

每個(gè)月侯元生都會(huì)前往環(huán)湖地區(qū)設(shè)置的24個(gè)鳥(niǎo)類監(jiān)測(cè)樣地，統(tǒng)計(jì)鳥(niǎo)類的種群數(shù)量、種類，巢區(qū)位移等數(shù)據(jù)，然后錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析，侯元生發(fā)現(xiàn)，青海湖的另一種主要夏候鳥(niǎo)棕頭鷗，近幾年來(lái)種群數(shù)量起伏不定，這與近8年來(lái)青海湖水位持續(xù)上升有很大關(guān)系。棕頭鷗原來(lái)的巢區(qū)在蛋島，由于與斑頭雁的爭(zhēng)巢，巢區(qū)位移到了布哈河三角洲；然而，兩年之后，湖水上漲，巢區(qū)被淹掉了；于是，巢區(qū)又移到蛋島邊上的一些小島；今年這些地方，又被淹掉，巢區(qū)又移到了鸕鶿島東面較大的沙地里。

“在大自然面前，人終歸是渺小的，湖水上漲對(duì)青海地區(qū)的氣候是個(gè)好事情，但是對(duì)鳥(niǎo)類反而是件壞事情，因?yàn)轼B(niǎo)類的繁殖地都被淹掉了。到底是好事情？還是壞事情呢？”何玉邦疑問(wèn)道。