鳥類繁殖活動全自動監(jiān)測系統(tǒng)

1、鳥類繁殖活動全白動監(jiān)測系統(tǒng)林陳活1雷紅梅1曾蘭義1徐仕斌2顏浩2左曉念2（1樂山師范學院生命科學學院；2樂山師范學院物理與電子工程學院）鳥類繁殖生態(tài)是鳥類學研究的一個重要內容，為了獲取鳥類繁殖的準確數(shù) 據(jù)，研究中特別要求：應當在無外界十擾的前提下長期連續(xù)地觀察鳥類自然繁殖 活動的全過程（產卵、孵卵、育雛直至出飛）。據(jù)了解：迄今為止，有很多野外 監(jiān)測站點仍然還是沿用“長期蹲點、隱蔽觀察、定期查巢”的傳統(tǒng)工作方式。這 種傳統(tǒng)的觀察方式原始落后、研究人員工作條件艱苦、人力物力消耗量很大，但 是它所能獲得的信息量卻較少并且信息資料的連續(xù)性差、可信度較低，而且常常會遺漏一些重要的信息資料。為了能獲取更多

2、信息，研究人員每隔1至2天就要 進行一次查巢觀察。但是，由于研究人員進行長期蹲點觀察和頻繁的查巢作業(yè)乂 會在一定程度上十擾鳥類的自然繁殖活動，嚴重時還會導致親鳥棄巢和增加招引 天敵捕食的風險。怎樣才能有效避免研究者自身對鳥類的十擾而乂能最大化地獲 取鳥類繁殖活動信息資料呢？這是長期困擾鳥類研究學界的一個技術性難題。為了解決這個問題，近年來，在有條件的監(jiān)測工作站已經(jīng)開始嘗試應用一些電子監(jiān) 測設備來對鳥類繁殖活動進行觀察研究工作。例如：有的監(jiān)測站采用攝像機對鳥 類繁殖活動進行全程錄像，這種全程錄像方式無需研究人員隱蔽觀察作業(yè)，在理論上能夠收集到大量的視頻資料，但是它在實際使用中卻存在耗電量高和野外

3、續(xù) 電難、錄像視頻占用內存大、設備費用昂貴等缺陷而難以全面推廣運用。 乂例如： 有的監(jiān)測站采用溫度自動記錄儀來識別鳥類的不同繁殖階段，該儀器尤其對了解鳥類孵卵節(jié)律具有重要意義。但是，僅僅單獨使用溫度自動記錄儀無法判明捕食 鳥巢的天敵種類以及卵雛部分損失等準確信息，即是說，僅由溫度自動記錄儀所獲取的信息資料對于研究人員深入認識研究鳥類繁殖活動規(guī)律的技術支撐力度 也并不是很充分可信的。此外，研究表明：巢址微環(huán)境的氣候條件（如光照強度、 濕度、溫度等氣象指標）也是影響鳥類巢址選擇與繁殖成效的重要因素。怎樣才 能研制出一種能在無人為十擾前提下、最大化地記錄獲取鳥類自然繁殖活動過程 及巢址微環(huán)境氣候信息

4、的自動監(jiān)測設備呢？這是鳥類學界眾多專家學者長期以 來一直都高度關注并迫切希望解決的一個技術性難題，本實用新型正是試圖解決 這個課題。實用新型內容本實用新型旨在克服現(xiàn)有技術存在的上述不足之處而提出一種鳥類繁殖活 動全自動監(jiān)測系統(tǒng)，它無需研究人員在野外長期隱蔽蹲點觀察作業(yè)即能全面真實 地獲取鳥類自然繁殖活動過程的視頻資料及巢址微環(huán)境的光照強度、濕度、溫度等主要氣候信息,為研究人員深入研究鳥類繁殖生態(tài)學提供大量原始翔實的資料 信息和堅實的技術支持。本實用新型的目的是按照如下技術方案來實現(xiàn)的：本實用新型提出的一種鳥類繁殖活動全自動監(jiān)測系統(tǒng)，它包括機箱、紅外感應攝像頭、巢內溫度傳感器、外界溫度傳感器、外

5、界濕度傳感器和安裝于機箱內 的控制主板、電源適配器，其特征在于：在紅外感應攝像頭上配裝有光強傳感器， 紅外感應攝像頭、光強傳感器由視頻光強數(shù)據(jù)線連接于控制主板， 在巢內溫度傳 感器上配裝有巢內濕度傳感器,巢內溫度傳感器、巢內濕度傳感器由溫濕度數(shù)據(jù) 線連接于控制主板，所述的外界溫度傳感器、外界濕度傳感器安裝于機箱頂板上 并與控制主板相連接，在控制主板上配裝有智能控制器，所述的智能控制器由 MCU最小系統(tǒng)模塊、電源模塊、輸入/輸出接口電路、巢內溫度采集模塊、巢內 濕度采集模塊、視頻采集模塊、外界溫度采集模塊、外界濕度采集模塊、外界光 強采集模塊、數(shù)據(jù)處理存儲單元電路、運行參數(shù)自檢模塊、藍牙無線發(fā)射

6、模塊、 GP附點發(fā)送模塊、GSMS信發(fā)送模塊和人機交互界面組成。其顯著的結構特點 是：采用巢內溫度濕度傳感器和外界溫度濕度傳感器、光強傳感器、紅外感應攝 像頭同時監(jiān)測記錄繁殖期鳥巢微環(huán)境的光照強度、溫度、濕度等氣候信息和視頻， 它既能對采集的信息資料自動進行數(shù)據(jù)處理存儲， 乂可通過藍牙無線發(fā)射模塊將 信息資料發(fā)送至監(jiān)測中心工作站，無需研究人員隱蔽觀察和查巢即能遠距離地全 面監(jiān)測獲取鳥類自然繁殖活動的第一手豐富詳實的信息資料，徹底解決了 “盡量避免研究者自身對鳥類的十擾而乂能最大化地獲取鳥類自然繁殖活動信息資料” 這個長期困擾鳥類研究學界的一個技術性難題。為更好地實現(xiàn)本實用新型的技術方案，進一步

7、地說它還具有如下技術特征： 人機交互界面包括顯示器和鍵盤。根據(jù)研究工作的需要，可通過鍵盤對鳥巢生態(tài)微環(huán)境氣候（光照強度、濕度、溫度等）和視頻監(jiān)測時間周期、記錄信息存 儲、位點短信發(fā)送以及復位等功能進行設定操作。在視頻光強數(shù)據(jù)線上端套裝有金屆護套蛇形軟管這種結構設計是利用金屆護套蛇形軟管具有既能任意折彎乂可在任意折彎位置自行固定的材料特性， 可方 便地調節(jié)紅外感應攝像頭并將其固定于正對鳥巢的最佳攝像位置處， 對改善提高 視頻錄像的科研價值具有明顯效果。在機箱上配裝有拉桿式天線。這種結構設計可方便地調節(jié)拉桿式天線的長度，對提高野外林區(qū)進行無線發(fā)送工作質量有一定作用；在停止工作后乂可方便 地收回拉桿

8、式天線，特別有利于存放和中轉搬運作業(yè)。在機箱上設置有防撬鎖孔板，在關閉箱門后即可方便地鎖定機箱，具有一定 的防盜防撬安全性能。在機箱背板上設置有掛裝扣件，這種結構設計特別方便于 固定安裝機箱的操作。系統(tǒng)防盜功能的設置是通過GP筑點發(fā)送模塊和GSMS信發(fā)送模塊將機箱的 GPS&點信息定時通過短信方式傳送給研究人員。當機箱發(fā)生被盜時，研究人員 可通過箱體的位點變化信息及時找回失竊的監(jiān)測設備。本實用新型同現(xiàn)有技術相比較具有如下實質性特點和進步：本實用新型首創(chuàng)了 一種能在無人為十擾的前提下全面記錄鳥巢內外生態(tài)微環(huán)境氣候信息和視頻資料的鳥類繁殖活動全自動監(jiān)測系統(tǒng)，它是利用安裝于巢內的溫度濕度傳感

9、器和外界的溫度濕度傳感器、光強傳感器和紅外感應攝像頭全面 采集巢內外微環(huán)境的氣候信息（如：光照強度、濕度、溫度）和視頻等信息資料， 再由智能控制器進行數(shù)據(jù)處理存儲并通過藍牙無線發(fā)射模塊將其發(fā)送至監(jiān)測中 心工作站，研究人員可遠距離地適時觀察到鳥類自然繁殖活動的全過程并能全面 獲取鳥類繁殖期間巢內外微環(huán)境的氣候信息資料。本實用新型具有結構簡捷、生產容易、制造成本低、操作使用方便、智能化水平高、信息記錄全面真實可信度 高等突出優(yōu)點,能為深入研究鳥類繁殖生態(tài)學的專家學者提供豐富詳實的信息資 料，在鳥類生態(tài)學研究領域具有極大的科學應用價值。具體實施方式下面結合附圖進一步描述本實用新型的實施例：一種鳥類繁

10、殖活動全自動監(jiān)測系統(tǒng)，它主要由機箱 19、巢內溫度傳感器7、 巢內濕度傳感器6、外界溫度傳感器10、外界濕度傳感器12、光強傳感器1、紅 外感應攝像頭2、安裝于機箱19內的電源適配器24、控制主板11和配裝于控制主板11上的智能控制器構成。在電源適配器 24內安裝有一組可充鋰電池23, 所述的智能控制器是由MCI*小系統(tǒng)模塊14、電源模塊、輸入/輸出接口電路、 巢內溫度采集模塊、巢內濕度采集模塊、視頻采集模塊、外界溫度采集模塊、外 界濕度采集模塊、外界光強采集模塊、數(shù)據(jù)處理存儲單元電路21、運行參數(shù)自檢模塊15、藍牙無線發(fā)射模塊16、GPSa點發(fā)送模塊17、GSha信發(fā)送模塊20 和人機交互界

11、面組成。人機交互界面包括用于監(jiān)測鳥巢生態(tài)微環(huán)境氣候（如光照 強度、濕度、溫度等）和視頻的起始時間周期、記錄信息存儲以及復位功能設定 的顯示器13和鍵盤22。所述外界溫度傳感器10、外界濕度傳感器12是固定安 裝于機箱19頂板上并與控制主板11相連接；所述巢內濕度傳感器6配裝于巢內 溫度傳感器7上并由溫濕度數(shù)據(jù)線8連接于控制主板11;所述光強傳感器1配 裝于紅外感應攝像頭2上并由視頻光強數(shù)據(jù)線4連接于控制主板11,在視頻光 強數(shù)據(jù)線4的上端套裝有金屆護套蛇形軟管 3,其目的是通過可任意彎曲的金屆 護套蛇形軟管3來調節(jié)紅外感應攝像頭2的角度位置并固定于正對鳥巢的最佳攝 像角度位置處，對穩(wěn)定提高視頻

12、錄像的質量有明顯效果。在機箱19上配裝有能改善林區(qū)無線發(fā)送工作質量的拉桿式天線 9。在實際生產制作時，可將外露的溫 濕度數(shù)據(jù)線8的表面、視頻光強數(shù)據(jù)線4及其上端套裝的金屆護套蛇形軟管 3 表面、光強傳感器1表面、紅外感應攝像頭2表面和機箱19表面刷涂成與環(huán)境 相近的偽裝色，增強設備的隱蔽性能，可極大地減弱對鳥類的十擾作用及降低設 備被盜的風險。在機箱19上設置有防撬鎖孔板18,在關閉箱門5后即可方便地 用鎖鎖定機箱19,具有一定的防盜防撬安全性能。本實用新型是按照如下方式進行安裝工作的： 在找到目標鳥類的繁殖巢、待 其至少產下第1枚卵后，采用插件或鋼絲穿裝于機箱 19背板上設置的掛裝扣件 25

13、即可將機箱19牢固安裝于樹十的底部位置，將配裝有巢內濕度傳感器6的巢 內溫度傳感器7隱蔽插裝于鳥巢底部，再將配裝有光強傳感器1的紅外感應攝像 頭2固定安裝于與鳥巢相近等高位置的另一樹枝上，用手彎曲視頻光強數(shù)據(jù)線4上端套裝的金屆護套蛇形軟管3即可調試紅外感應攝像頭2的角度并將其固定于 正對鳥巢的最佳攝像角度位置處，至此完成設備安裝。進行監(jiān)測工作時，首先開 啟機箱19的箱門5、按下電源開關待智能控制器的各模塊初始化后，即可在顯 示器13上校準所顯示的年歷日期和標準時間，所有監(jiān)測信息資料均以此為基準 時間，再通過人機交互界面操作鍵盤 22設定對鳥巢生態(tài)微環(huán)境氣候（如：光照 強度、濕度、溫度等）進行監(jiān)

14、測和視頻的起始時間周期、記錄信息存儲、位點短 信發(fā)送以及復位等功能。至此，本實用新型即開始進入自動監(jiān)測工作模式：一. 巢內溫度傳感器7、巢內濕度傳感器6采集探測的巢內溫度、巢內濕度 電信號由溫濕度數(shù)據(jù)線8輸至控制主板11,再分別經(jīng)巢內溫度采集模塊、巢內 濕度采集模塊輸入MCI*小系統(tǒng)模塊14進行計算處理后存入數(shù)據(jù)處理存儲單元 電路21。二. 外界溫度傳感器10、外界濕度傳感器12采集探測的外界溫度、外界濕 度電信號輸至控制主板11,再分別經(jīng)外界溫度采集模塊、外界濕度采集模塊輸 入MCI*小系統(tǒng)模塊14進行計算處理后存入數(shù)據(jù)處理存儲單元電路 21。三. 光強傳感器1采集探測的光強電信號由視頻光強

15、數(shù)據(jù)線 4輸至控制主板 11,再經(jīng)外界光強采集模塊輸入 MCI*小系統(tǒng)模塊14進行計算處理后存入數(shù)據(jù) 處理存儲單元電路21。四. 紅外感應攝像頭2拍攝的視頻信號將由視頻光強數(shù)據(jù)線 4輸至控制主板 11,再經(jīng)視頻采集模塊輸入 MC應小系統(tǒng)模塊14進行計算處理后存入數(shù)據(jù)處理 存儲單元電路21。五. 根據(jù)設定的工作程序，藍牙無線發(fā)射模塊16會將鳥巢內外微環(huán)境的光照 強度、濕度、溫度等氣候信息和視頻發(fā)送至監(jiān)測中心工作站內，這時，監(jiān)測中心 工作站內的研究工作人員即可遠距離地適時觀察到鳥類自然繁殖活動的全過程并能全面獲取鳥類繁殖期間巢內外生態(tài)微環(huán)境的氣候信息資料。六. 運行參數(shù)自檢模塊15會自動檢測系統(tǒng)的

16、運行狀況，當運行參數(shù)自檢模塊15檢測到設備系統(tǒng)發(fā)生故障時，MCU最小系統(tǒng)模塊14會通過藍牙無線發(fā)射模塊 16將故障類型代碼發(fā)送至監(jiān)測中心工作站，同時通過GSha信發(fā)送模塊20向設備管理維護人員發(fā)送短信告知故障類型代碼，提醒維護人員及時對設備進行修復 工作。當運行參數(shù)自檢模塊15檢測到設備發(fā)生整體位移（即發(fā)生設備被盜走）時，MCI*小系統(tǒng)模塊14會通過GPSB點發(fā)送模塊17向監(jiān)測中心工作站發(fā)送被 盜設備的位點信息，有利于研究人員及時找回失竊的控制器設備。應用實施例為了驗證本實用新型的使用效果，現(xiàn)給出應用實施例如下：應用實施例一監(jiān)測對象：灰胸藪眉鳥繁殖巢監(jiān)測地點：四川省宜賓市某野外林區(qū)監(jiān)測時間：2

17、014年5月05日至5月26日我們在四川省宜賓市某一野外林區(qū)，將正處丁孵卵期的一灰胸藪眉鳥繁殖巢作 為監(jiān)測對象，丁 2014年5月05日將監(jiān)測設備固定安裝丁筑有鳥巢的樹干底部位 置，將配裝有巢內濕度傳感器6的巢內溫度傳感器7隱蔽插裝丁灰胸藪眉鳥的鳥巢 底部，再將配裝有光強傳感器1的紅外感應攝像頭2固定安裝丁與鳥巢相近的另 一樹枝上，對紅外感應攝像頭2調試角度使其固定丁正對鳥巢的最佳攝像角度位 置處。然后打開設備的電源開關待智能控制器的各模塊初始化后，通過人機交互界面校準年歷日期和標準時間并設定進行監(jiān)測記錄的項目、時間周期后，設備即進入自動監(jiān)測工作模式，經(jīng)檢查無誤后關上箱門5用鎖鎖定，研究工作人

18、員隨即 從現(xiàn)場撤離回到監(jiān)測工作站內。研究工作人員在監(jiān)測工作站內能遠距離地適時觀 察到灰胸藪皿進行孵化繁殖活動的全過程并能接收獲取灰胸藪眉鳥巢內外微環(huán)境 的溫度、濕度以及光照強度等氣候信息資料。圖1為灰胸藪®I繁殖巢的內外溫度 變化曲線。由本曲線可以活楚地識別并明確區(qū)分出灰胸藪眉鳥的孵化期、孵化日、育雛期和出飛日等不同繁殖階段。眠肩Anrw了 03圖1灰胸藪眉鳥繁殖巢的內外溫度變化曲線應用實施例二監(jiān)測對象：四川山鵬鳩繁殖巢（n =10）監(jiān)測地點：四川省宜賓市某野外林區(qū)監(jiān)測時間：2014年3月26日至6月25日參照“應用實施例一”所述方式進行操作，首次獲取了四川山鵬鳩這一我國 特有珍稀瀕危鳥類大量的繁殖視頻資料。 分析表明：天敵是導致四川山鵬鳩繁殖 失敗的主要因素。通過紅外感應攝像頭拍攝到的天敵包括豹貓、鼬狒、黃腹鼬、 紅嘴藍鵲及某些鼠類等，這為進一步深入研究該鳥類的生態(tài)生物學及其瀕危機制 提供了寶貴的視頻信息資料。如圖2所示，一只紅嘴藍鵲正準備盜食四川山鵬鳩 的卵。同時，我們也獲取了四川山鵬鳩對孵化溫濕度要求的關鍵數(shù)據(jù)，為未來開展人工馴養(yǎng)繁殖夯實了研究基礎。圖2紅嘴藍鵲正準備盜食四川山鵬鳩的卵（視屏截圖）綜上所述，本實用新型提出的鳥類繁殖活動全自動監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過試用表明： 它可在排