問題與措施：紅外觸發(fā)相機(jī)使用技術(shù)探索

滕繼榮，何禮文，王鈞亮，馮杰，李宏飛，黃映紅

（1.甘肅白水江國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，甘肅 文縣 746400；2.北京市海淀區(qū)山水自然保護(hù)中心，北京100871）

紅外觸發(fā)相機(jī)能夠自動(dòng)獲取野生動(dòng)物圖像數(shù)據(jù)，用來分析野生動(dòng)物的物種組成、分布、種群數(shù)量、行為和生境利用等基礎(chǔ)信息，為野生動(dòng)物保護(hù)管理和資源利用提供重要參考資料。近年來，紅外觸發(fā)相機(jī)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用：珍稀瀕危物種的重新發(fā)現(xiàn)和記錄，保護(hù)區(qū)鳥獸動(dòng)態(tài)監(jiān)測、調(diào)查等研究[1-3]，獸類專項(xiàng)監(jiān)測研究[4]，保護(hù)區(qū)野生動(dòng)物監(jiān)測和保護(hù)現(xiàn)狀評價(jià)，野生動(dòng)物的空間分布格局和活動(dòng)模式研究等。目前，我國已有紅外觸發(fā)相機(jī)捕獲信息管理系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用，但尚未制定紅外觸發(fā)相機(jī)監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范[5]。紅外觸發(fā)相機(jī)的使用多數(shù)停留在能否拍攝到或者拍攝到什么動(dòng)物的這個(gè)層面，相機(jī)有效拍攝率和照片可辨識(shí)度有待提高。本文通過對紅外觸發(fā)相機(jī)拍攝的大量照片和視頻進(jìn)行對比分析、歸納、整理，總結(jié)提出15 項(xiàng)相機(jī)使用中存在的問題及其改進(jìn)措施。

1 使用基本情況

甘肅白水江國家級自然保護(hù)區(qū)位于甘肅省南端，1978 年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)建立，主要保護(hù)對象為大熊貓、金絲猴、羚牛（扭角羚）、亞洲金貓、珙桐等珍稀瀕危野生動(dòng)植物及其森林生態(tài)系統(tǒng)，原始森林面積9.0 萬hm2，所在岷山地區(qū)被世界自然基金會(huì)列為全球保護(hù)熱點(diǎn)地區(qū)。保護(hù)區(qū)2003 年開始野外監(jiān)測工作，2012 年開始試點(diǎn)使用紅外觸發(fā)相機(jī)，2014 年底全區(qū)推廣使用。

2014 年10 月，根據(jù)區(qū)域、人員和地形特點(diǎn)，保護(hù)區(qū)設(shè)定大熊貓及其棲息地生物多樣性固定監(jiān)測樣線66 條，隨機(jī)樣線14 條，每條樣線至少選址安裝1 臺(tái)紅外觸發(fā)相機(jī)。2015 年3 月檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)不足，40%的相機(jī)工作異常，60%的相機(jī)雖然拍攝到動(dòng)物影像，但僅有＜5%的相機(jī)拍攝到可辨識(shí)度較好的動(dòng)物活動(dòng)畫面。經(jīng)過細(xì)致對比和分析，整改后問題得到基本解決。

2 安裝選址情況

2015 年3 月—2016 年3 月，全區(qū)布設(shè)紅外觸發(fā)相機(jī)115 臺(tái)，其中獵科6210 型50 臺(tái)，獵科6310 型35 臺(tái)，夜鷹30 臺(tái)。3 次監(jiān)測中，紅外觸發(fā)相機(jī)工作正常315 臺(tái)次，異常30 臺(tái)次，獲得有效照片12 860 張。正常工作的紅外觸發(fā)相機(jī)安裝情況見表1。

表1 工作正常的紅外觸發(fā)相機(jī)安裝選址類型統(tǒng)計(jì)

3 問題與措施

拍攝結(jié)果分析表明，3 種機(jī)型拍攝成功率差異不明顯，均為30%左右。參數(shù)設(shè)置出錯(cuò)率：夜鷹明顯高于其它兩種機(jī)型，獵科6210 型、獵科6310型和夜鷹的參數(shù)設(shè)置出錯(cuò)率分別為6%、8%和20%，其原因是夜鷹相機(jī)參數(shù)設(shè)置比較復(fù)雜。從拍攝效果看，獵科6210 型和獵科6310 型在光線充足時(shí)拍攝效果明顯比夜鷹好，夜鷹相機(jī)則夜晚拍攝效果較好。工作異常的紅外觸發(fā)相機(jī)有30臺(tái)次，在總臺(tái)次中占比8.7%，均由使用技術(shù)問題所致。通過對相機(jī)工作情況和拍攝得到的12 860張照片分析、歸納和整理，存在明顯技術(shù)問題而影響照片可辨識(shí)度的9 658 張，占比75.1%。技術(shù)問題分別為機(jī)型選擇、相機(jī)參數(shù)設(shè)置、障礙物清除、逆向曝光、與地面位置關(guān)系、相機(jī)高度、相機(jī)固定、有效距離、相機(jī)間距、相機(jī)誤啟動(dòng)、相機(jī)保養(yǎng)、相機(jī)偽裝、誘餌使用、位點(diǎn)信息等。

3.1 機(jī)型選擇

目前自動(dòng)監(jiān)測相機(jī)的種類和型號繁雜多樣，隨著功能的不斷改進(jìn)，相機(jī)體積減小，耗電量降低，照片數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)即時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸。以后選擇紅外觸發(fā)相機(jī)主要考慮參數(shù)設(shè)置簡單化、拍攝色彩純正、拍攝效果優(yōu)良、能實(shí)時(shí)傳輸?shù)?，對光線和溫度的反應(yīng)靈敏度不能太高。將現(xiàn)有設(shè)置簡單的機(jī)型，配發(fā)到技術(shù)水平相對較低的工作人員手中，以減少使用出錯(cuò)率。

3.2 相機(jī)參數(shù)設(shè)置

在布設(shè)相機(jī)之前必須進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，主要包括像素、模式、鏡頭、連拍張數(shù)、變焦、視頻時(shí)長、觸發(fā)時(shí)間、間隔時(shí)間、圖片顯示、各種分辨率等。像素雖然比較重要，但一般紅外觸發(fā)相機(jī)都是1 200萬像素，區(qū)別不大。觸發(fā)時(shí)間一般為0.8～1.0 s，差別不大。對連拍張數(shù)誤會(huì)較多，90%的用戶希望連拍數(shù)越多越好。由于相機(jī)內(nèi)存有限，連拍多張會(huì)大量消耗內(nèi)存，一般最新款的相機(jī)連拍數(shù)都控制在3 張左右。圖片可以顯示時(shí)間、日期、月相、溫度等，最新款增加了設(shè)定相機(jī)名稱和位點(diǎn)的功能。其他功能，如變焦、延遲時(shí)間、各種像素、無線遠(yuǎn)程傳輸、PIR 紅外感應(yīng)角度、鏡頭、模式、無線遠(yuǎn)程控制、圖片及錄像格式等，可根據(jù)需要選擇。參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤的紅外觸發(fā)相機(jī)有10 臺(tái)次，照片568 張。其中設(shè)置連拍張數(shù)為1 的1 臺(tái)次；照片時(shí)間設(shè)置錯(cuò)誤6 臺(tái)次，照片328 張；3 臺(tái)次夜鷹相機(jī)開啟變焦功能造成照片質(zhì)量不良，照片240 張。

3.3 障礙物遮擋

野外環(huán)境地形復(fù)雜，平坦開闊的地點(diǎn)非常有限，有些區(qū)域安裝紅外觸發(fā)相機(jī)必須清除拍攝障礙物，包括雜草、竹稍、樹枝等。發(fā)生拍攝遮擋現(xiàn)象的相機(jī)15 臺(tái)次，照片1 520 張。遮擋問題一般在相機(jī)安裝時(shí)會(huì)優(yōu)先考慮，出現(xiàn)問題往往是忽略了季節(jié)和氣候的變化，鏡頭前植物因生長會(huì)發(fā)生很大變化，降雪、刮風(fēng)、下雨等天氣也會(huì)造成紅外觸發(fā)相機(jī)周邊竹子、茅草、樹枝等偏離原來生長方向?qū)︾R頭造成遮擋。

3.4 逆向曝光

涉及鏡頭朝向問題的照片有3 356 張，占26.1%，相機(jī)128 臺(tái)次，主要問題是逆光拍攝。解決逆光問題，理論上最佳朝向?yàn)楸?，最差為南，東西向?yàn)橹?。根?jù)實(shí)際安裝位置綜合考慮光線、山體、樹蔭和周邊可能的反光物等，可以合理解決逆光拍攝問題。

3.5 相機(jī)鏡頭與地面夾角

相機(jī)鏡頭應(yīng)與地面保持10°左右的俯角。12臺(tái)次相機(jī)，160 多張照片其鏡頭與地面沒有保持一致，照片中的動(dòng)物站姿呈傾斜狀。

3.6 相機(jī)距地面高度

相機(jī)捆綁在樹干上的高度一般為0.4～1.0 m，這樣的鏡頭正好與多數(shù)動(dòng)物的肩部等高，拍攝出的畫面最為協(xié)調(diào)。具體使用應(yīng)根據(jù)目標(biāo)動(dòng)物和地勢情況略作調(diào)整。安裝高度偏低和偏高的相機(jī)分別有18 臺(tái)次、50 臺(tái)次，照片拍攝角度呈仰視和俯視狀，不但影響照片可辨識(shí)度，而且縮小了紅外觸發(fā)相機(jī)的監(jiān)控區(qū)域。

3.7 相機(jī)穩(wěn)固性

此類照片占到總數(shù)的1.2%，主要原因是相機(jī)固定綁帶不緊，或者調(diào)整相機(jī)角度鋪墊物方向出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致相機(jī)鏡頭因動(dòng)物蹭動(dòng)而改變原來方向，有的相機(jī)甚至因綁帶松動(dòng)落地，造成損壞或者丟失。

3.8 相機(jī)與獸徑距離

相機(jī)內(nèi)的被動(dòng)式紅外傳感器工作距離受動(dòng)物體型、環(huán)境溫度、電池電力、傳感狀態(tài)等因素影響。對于羚牛、野豬等大中型獸類，傳感器最大探測距離10～20 m；對于鼠類小型獸，有效探測距離只有1～2 m。相機(jī)距離獸徑以3～5 m 為宜，并且相機(jī)鏡頭朝向與獸徑夾角＜30°，監(jiān)控區(qū)域較大，效果較好。相機(jī)距離獸徑太近，動(dòng)物形體多數(shù)拍攝不全，而且相機(jī)容易被動(dòng)物蹭偏、蹭壞。相機(jī)垂直正對獸徑，多數(shù)只能拍攝到動(dòng)物側(cè)身，且極大減小相機(jī)監(jiān)控區(qū)域。此類問題發(fā)生較多，占照片總數(shù)的15.8%。

3.9 相機(jī)間距

對于狹小扇形監(jiān)控區(qū)域，整條監(jiān)測樣線上還有更多的區(qū)域需要監(jiān)控拍攝，相機(jī)間距太近，往往拍攝的動(dòng)物個(gè)體雷同。因此，兩臺(tái)相機(jī)不宜布設(shè)太近，間隔至少200 m，以免造成浪費(fèi)。這類問題多是同區(qū)域布設(shè)2～3 臺(tái)相機(jī)，涉及相機(jī)18 臺(tái)次。

3.10 相機(jī)誤啟動(dòng)

金屬、巖石、柏樹等物體對太陽熱輻射的吸收能力較強(qiáng)，當(dāng)其向四周輻射熱能時(shí)，會(huì)導(dǎo)致附近紅外觸發(fā)相機(jī)誤啟動(dòng)，造成無效拍攝。動(dòng)物快速移動(dòng)、大型動(dòng)物出現(xiàn)在相機(jī)側(cè)旁、陽光直射、下雨、冰雹也會(huì)導(dǎo)致相機(jī)誤啟動(dòng)。檢查發(fā)現(xiàn)明顯誤啟動(dòng)相機(jī)5 臺(tái)次。

3.11 相機(jī)保養(yǎng)周期

為了延長相機(jī)的使用壽命，安裝在野外的紅外觸發(fā)相機(jī)需要進(jìn)行定期維護(hù)。一般紅外觸發(fā)相機(jī)野外工作周期為4～6 個(gè)月，每次取卡或取回相機(jī)后應(yīng)立即維護(hù)，及時(shí)對相機(jī)進(jìn)行干燥、清潔、檢查密封、更換電池等。由于保養(yǎng)不及時(shí)導(dǎo)致相機(jī)損壞或者停止工作8 臺(tái)，工作異常14 臺(tái)次。

3.12 相機(jī)偽裝

每次野外回收、更換相機(jī)電池和儲(chǔ)存卡時(shí)發(fā)現(xiàn)相機(jī)損耗率≥5%，包括動(dòng)物咬壞和人為破壞。紅外觸發(fā)相機(jī)鏡頭所對應(yīng)的視線較為開闊，同時(shí)紅外觸發(fā)相機(jī)也更容易被動(dòng)物或者人發(fā)現(xiàn)和破壞。針對周邊環(huán)境特征，進(jìn)行相機(jī)偽裝是非常必要的，如用樹皮、枯枝落葉、苔蘚等遮蓋。

3.13 誘餌使用

野外監(jiān)測宜在自然餌料地附近布設(shè)相機(jī)，不建議設(shè)置誘餌進(jìn)行監(jiān)測拍攝。尤其在利用紅外觸發(fā)相機(jī)研究動(dòng)物生態(tài)或者收集宣傳素材時(shí)，在紅外觸發(fā)相機(jī)視野中針對目標(biāo)動(dòng)物使用鹽、肉、蜂蜜、嗅味劑等誘餌會(huì)起到意想不到的效果。

3.14 位點(diǎn)信息

每臺(tái)相機(jī)安裝完畢，不僅要對安裝時(shí)間、地點(diǎn)、人員、天氣、相機(jī)編號等基本情況進(jìn)行表格記錄，而且要記錄附近生境、坡向、坡位、水源和植被生長狀況等，回收時(shí)還要對相機(jī)監(jiān)測期間工作情況和拍攝內(nèi)容進(jìn)行分類、匯總和整理。

3.15 相機(jī)內(nèi)存卡問題

檢查發(fā)現(xiàn)12 臺(tái)次，128 張照片色彩不正，圖像中間甚至出現(xiàn)色帶，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)為相機(jī)內(nèi)存卡缺陷所致。非正規(guī)渠道購買的劣質(zhì)內(nèi)存卡不但影響拍攝照片質(zhì)量，而且讀寫的次數(shù)不夠，使用壽命很短。新SD 卡或已用SD 卡均需要格式化，并與配套相機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一編號。

3 小結(jié)

在自然保護(hù)區(qū)野外監(jiān)測中，紅外觸發(fā)相機(jī)使用主要存在15 類問題：包括機(jī)型選擇、相機(jī)參數(shù)設(shè)置、障礙物清除、逆向曝光、相機(jī)與地面位置關(guān)系、相機(jī)高度、相機(jī)固定、有效距離、相機(jī)間距、相機(jī)誤啟動(dòng)、相機(jī)保養(yǎng)、相機(jī)偽裝、誘餌使用、位點(diǎn)信息和相機(jī)內(nèi)存卡，造成相機(jī)工作異常、有效拍攝率低、照片可辨識(shí)度差。因此，在紅外觸發(fā)相機(jī)使用中，要對各類型相機(jī)的工作性能、參數(shù)設(shè)置等熟知于心，更要結(jié)合野外實(shí)際地形地貌、植被、坡形、坡位等信息靈活掌握，才能使紅外觸發(fā)相機(jī)發(fā)揮其最大作用。