鳥類繁殖活動全自動監(jiān)測系統(tǒng)

1、鳥類繁殖活動全自動監(jiān)測系統(tǒng)林陳清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(xué)院生命科學(xué)學(xué)院；2樂山師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院）鳥類繁殖生態(tài)是鳥類學(xué)研究的一個重要內(nèi)容，為了獲取鳥類繁殖的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，研究中特別要求：應(yīng)當(dāng)在無外界干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(chǎn)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)又會在一定程度上干擾鳥類的自然繁殖活動，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致親鳥棄巢和增加招引天敵捕食的風(fēng)險。怎樣才能有效避免研究者自身對鳥類的干擾而又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(xué)界的一個技術(shù)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(yīng)用一些電子監(jiān)測設(shè)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續(xù)電難、錄像

3、視頻占用內(nèi)存大、設(shè)備費用昂貴等缺陷而難以全面推廣運用。又例如：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(zhǔn)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(rèn)識研究鳥類繁殖活動規(guī)律的技術(shù)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(biāo)）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干擾前提下、最大化地記錄獲取鳥類自然繁殖活動過程及巢址微環(huán)境氣候信息的自動監(jiān)測設(shè)備呢？這是鳥類學(xué)

4、界眾多專家學(xué)者長期以來一直都高度關(guān)注并迫切希望解決的一個技術(shù)性難題，本實用新型正是試圖解決這個課題。實用新型內(nèi)容本實用新型旨在克服現(xiàn)有技術(shù)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(xué)提供大量原始翔實的資料信息和堅實的技術(shù)支持。本實用新型的目的是按照如下技術(shù)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(yīng)攝像頭、巢內(nèi)溫度傳感器、外界溫度傳感器、外界濕度傳感器和安裝于機箱內(nèi)的控制主板、

5、電源適配器，其特征在于：在紅外感應(yīng)攝像頭上配裝有光強傳感器，紅外感應(yīng)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(nèi)溫度傳感器上配裝有巢內(nèi)濕度傳感器，巢內(nèi)溫度傳感器、巢內(nèi)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(nèi)溫度采集模塊、巢內(nèi)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(lán)牙無線發(fā)射模塊、GPS位點發(fā)送模塊、GSM短信發(fā)送模塊和人機交互界

6、面組成。其顯著的結(jié)構(gòu)特點是：采用巢內(nèi)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(yīng)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，又可通過藍(lán)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(yuǎn)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干擾而又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(xué)界的一個技術(shù)性難題。為更好地實現(xiàn)本實用新型的技術(shù)方案，進一步地說它還具有如下技術(shù)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

7、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(fù)位等功能進行設(shè)定操作。在視頻光強數(shù)據(jù)線上端套裝有金屬護套蛇形軟管。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計是利用金屬護套蛇形軟管具有既能任意折彎又可在任意折彎位置自行固定的材料特性，可方便地調(diào)節(jié)紅外感應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計可方便地調(diào)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(zhì)量有一定作用；在停止工作后又可方便地收回拉桿式天線，特別有利于存放和中轉(zhuǎn)搬運作業(yè)。在機箱上設(shè)置有防撬鎖孔板，在關(guān)閉箱門后即可方便

8、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(shè)置有掛裝扣件，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計特別方便于固定安裝機箱的操作。系統(tǒng)防盜功能的設(shè)置是通過GPS位點發(fā)送模塊和GSM短信發(fā)送模塊將機箱的GPS位點信息定時通過短信方式傳送給研究人員。當(dāng)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(shè)備。本實用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下實質(zhì)性特點和進步：本實用新型首創(chuàng)了一種能在無人為干擾的前提下全面記錄鳥巢內(nèi)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(nèi)的溫度濕度傳感器和外界的溫度濕度傳感器、光強傳感器和紅外感應(yīng)攝像頭全面采集巢內(nèi)外微環(huán)境的氣候信息（如：光照強度、濕

9、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(lán)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(yuǎn)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(nèi)外微環(huán)境的氣候信息資料。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡捷、生產(chǎn)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(xué)的專家學(xué)者提供豐富詳實的信息資料，在鳥類生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域具有極大的科學(xué)應(yīng)用價值。具體實施方式下面結(jié)合附圖進一步描述本實用新型的實施例：一種鳥類繁殖活動全自動監(jiān)測系統(tǒng)，它主要由機箱19、巢內(nèi)溫度傳感器7、巢內(nèi)濕度傳感器6、外界溫度傳感器10、外界濕度傳感器1

10、2、光強傳感器1、紅外感應(yīng)攝像頭2、安裝于機箱19內(nèi)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(gòu)成。在電源適配器24內(nèi)安裝有一組可充鋰電池23，所述的智能控制器是由MCU最小系統(tǒng)模塊14、電源模塊、輸入/輸出接口電路、巢內(nèi)溫度采集模塊、巢內(nèi)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(lán)牙無線發(fā)射模塊16、GPS位點發(fā)送模塊17、GSM短信發(fā)送模塊20和人機交互界面組成。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(fù)位功能設(shè)定

11、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(nèi)濕度傳感器6配裝于巢內(nèi)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(yīng)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的上端套裝有金屬護套蛇形軟管3，其目的是通過可任意彎曲的金屬護套蛇形軟管3來調(diào)節(jié)紅外感應(yīng)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)定提高視頻錄像的質(zhì)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(zhì)量的拉桿式天線9。在實際生產(chǎn)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

12、4及其上端套裝的金屬護套蛇形軟管3表面、光強傳感器1表面、紅外感應(yīng)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(shè)備的隱蔽性能，可極大地減弱對鳥類的干擾作用及降低設(shè)備被盜的風(fēng)險。在機箱19上設(shè)置有防撬鎖孔板18，在關(guān)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(biāo)鳥類的繁殖巢、待其至少產(chǎn)下第1枚卵后，采用插件或鋼絲穿裝于機箱19背板上設(shè)置的掛裝扣件25即可將機箱19牢固安裝于樹干的底部位置，將配裝有巢內(nèi)濕度傳感器6的巢內(nèi)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(yīng)攝像頭2固定安裝于與鳥巢相近等高位

13、置的另一樹枝上，用手彎曲視頻光強數(shù)據(jù)線4上端套裝的金屬護套蛇形軟管3即可調(diào)試紅外感應(yīng)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(shè)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(guān)待智能控制器的各模塊初始化后，即可在顯示器13上校準(zhǔn)所顯示的年歷日期和標(biāo)準(zhǔn)時間，所有監(jiān)測信息資料均以此為基準(zhǔn)時間，再通過人機交互界面操作鍵盤22設(shè)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)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(fù)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(nèi)溫度傳感器7、巢內(nèi)濕度傳感器6采集探測的巢內(nèi)溫度、巢內(nèi)濕度電信號由溫

14、濕度數(shù)據(jù)線8輸至控制主板11，再分別經(jīng)巢內(nèi)溫度采集模塊、巢內(nèi)濕度采集模塊輸入MCU最小系統(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MCU最小系統(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MCU最小系統(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(yīng)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

15、輸入MCU最小系統(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(shè)定的工作程序，藍(lán)牙無線發(fā)射模塊16會將鳥巢內(nèi)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(nèi)，這時，監(jiān)測中心工作站內(nèi)的研究工作人員即可遠(yuǎn)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(nèi)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)的運行狀況，當(dāng)運行參數(shù)自檢模塊15檢測到設(shè)備系統(tǒng)發(fā)生故障時， MCU最小系統(tǒng)模塊14會通過藍(lán)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GSM短信發(fā)送模塊20向設(shè)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

16、員及時對設(shè)備進行修復(fù)工作。當(dāng)運行參數(shù)自檢模塊15檢測到設(shè)備發(fā)生整體位移（即發(fā)生設(shè)備被盜走）時，MCU最小系統(tǒng)模塊14會通過GPS位點發(fā)送模塊17向監(jiān)測中心工作站發(fā)送被盜設(shè)備的位點信息，有利于研究人員及時找回失竊的控制器設(shè)備。應(yīng)用實施例為了驗證本實用新型的使用效果，現(xiàn)給出應(yīng)用實施例如下：應(yīng)用實施例一監(jiān)測對象：灰胸藪鹛繁殖巢監(jiān)測地點：四川省宜賓市某野外林區(qū)監(jiān)測時間：2014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)，將正處于孵卵期的一灰胸藪鹛繁殖巢作為監(jiān)測對象，于2014年5月05日將監(jiān)測設(shè)備固定安裝于筑有鳥巢的樹干底部位置，將配裝有巢內(nèi)濕度傳感器6的巢內(nèi)溫度傳感器7隱蔽插裝于灰胸藪鹛

17、的鳥巢底部，再將配裝有光強傳感器1的紅外感應(yīng)攝像頭2固定安裝于與鳥巢相近的另一樹枝上，對紅外感應(yīng)攝像頭2調(diào)試角度使其固定于正對鳥巢的最佳攝像角度位置處。然后打開設(shè)備的電源開關(guān)待智能控制器的各模塊初始化后，通過人機交互界面校準(zhǔn)年歷日期和標(biāo)準(zhǔn)時間并設(shè)定進行監(jiān)測記錄的項目、時間周期后，設(shè)備即進入自動監(jiān)測工作模式，經(jīng)檢查無誤后關(guān)上箱門5用鎖鎖定，研究工作人員隨即從現(xiàn)場撤離回到監(jiān)測工作站內(nèi)。研究工作人員在監(jiān)測工作站內(nèi)能遠(yuǎn)距離地適時觀察到灰胸藪鹛進行孵化繁殖活動的全過程并能接收獲取灰胸藪鹛巢內(nèi)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為灰胸藪鹛繁殖巢的內(nèi)外溫度變化曲線。由本曲線可以清楚地識別并明

18、確區(qū)分出灰胸藪鹛的孵化期、孵化日、育雛期和出飛日等不同繁殖階段。圖1 灰胸藪鹛繁殖巢的內(nèi)外溫度變化曲線應(yīng)用實施例二監(jiān)測對象：四川山鷓鴣繁殖巢（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(yīng)用實施例一”所述方式進行操作，首次獲取了四川山鷓鴣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(dǎo)致四川山鷓鴣繁殖失敗的主要因素。通過紅外感應(yīng)攝像頭拍攝到的天敵包括豹貓、鼬獾、黃腹鼬、紅嘴藍(lán)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(xué)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(lán)鵲正準(zhǔn)備盜食四川山鷓鴣的卵。同時，我們也獲取了四川山鷓鴣對孵化溫濕度要求的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為未來開展人工馴養(yǎng)繁殖夯實了研究基礎(chǔ)。圖2紅嘴藍(lán)鵲正準(zhǔn)備盜食四川山鷓鴣的卵（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