基于加速度传感器的野生动物监测解决方案

　　加速度计（Accelerometer）是一种传感器，顾名思义，它能够检测物体的加速度，或者说，它能够检测物体在一段时间内位移速率的变化。加速度传感器技术已经广泛应用于航空、汽车、机械、建筑等领域，假如你正在使用手机浏览这篇文章，那么你的手中就有一个加速度计。

　　ACC数据（Accelerometer Data）是指通过三轴加速度计测量的原始加速度值。它提供了物体在不同时间点上在三个轴（如X、Y和Z轴）上的加速度变化信息。
　　ODBA（Overall Dynamic Body Acceleration）是动物的整体动态加速度，是通过对ACC数据进行处理和计算得出的一个指标。

　　通过获取运动加速度原始数据，并从中获取特征数据，可以对动物个体运动模式、行为活动和姿态等进行识别分析。这种方式获取数据便利、不易受到环境干扰，正广泛应用于生态学研究以及动物行为模式分析等领域。

　　一、ACC传感器赋能野生动物监测
　　（1）动物行为模式分析：通过分析ACC数据和ODBA，可以重建和描述动物的运动和行为模式，除了常规的位置数据外，还可以收集连续行为数据。这可以帮助了解动物的活动范围、运动方式和行为特征。

　　（2）能量消耗和运动强度评估：ODBA可以作为衡量动物能量消耗和运动强度的指标。通过分析ODBA数据，可以评估动物的能量需求、行为活动水平和运动强度。

　　（3）生态学研究：ACC数据和ODBA可以用于生态学研究中，例如了解动物的行为模式、行为节律。通过分析动物的加速度模式和整体动态加速度，可以揭示动物对环境变化的响应和适应策略。
　　（4）动物行为与健康状况关联分析：ACC数据和ODBA还可以用于研究动物行为与其健康状况之间的关联。通过相关数据，可以检测动物的异常行为模式、应激水平和疾病状态。
　　（5）动物的环境需求评估：在大多数研究中，家域通常是根据动物随时间推移的地理位置来估计的。而ACC数据能为动物的环境需求评估提供更多潜在指标，比如能量消耗、竞争的潜力等，说明动物如何利用它们的栖息地来满足需求。
　　二、基于加速度传感器的野生动物监测解决方案

　　环球信士提供的基于加速度传感器的野生动物监测解决方案，包括搭载加速度传感器的卫星追踪器、数据中心及数据服务平台三个部分。通过北斗卫星定位及加速度传感器实现对动物个体位置与活动的实时监测，为动物行为模式分析、能量消耗和运动强度评估等提供技术支撑。

　　（一）搭载加速度传感器的卫星追踪器
　　追踪器采用北斗卫星全球定位，精度最高可达1米。VHF数据回传设备重量低至1.2g；2G/4G/5G数据回传设备重量最轻2.5g，支持国际漫游，适应全球范围工作。设备可采集多维数据，包括经度、纬度、高度、速度、ACC（三轴原始加速度）、ODBA、航向、温度、运动量、水平精度因子（HDOP）、垂直精度因子（VDOP）等。
　　搭载加速度传感器后，可根据用户需求设置采集频率，为用户提供ACC数据（三轴原始加速度），连续监测4S（20Hz）或8S（10Hz），采集间隔低至十分钟，赋能野生动物行为监测。
　　（二）数据中心
　　环球信士数据机房达到电信安全级别，全天候实时监控。数据中心采用严格的访问控制，确保只有经过授权的用户才能够访问数据；采用冗余服务器架构和磁盘热备技术，确保系统稳定性和数据永久存储。保证数据安全、用户无忧。
　　（三）数据服务平台

　　环球信士数据服务平台是获取、管理和分析动物个体监测数据的综合性平台，支持Windows、Android、IOS等操作系统，包括桌面端、Web端和移动端3种类型，为客户深入了解动物的地理位置、行为习性、栖息环境及相关生态学分析提供数据支持。

　　图4-移动端数据平台登录界面

　　图5-桌面端数据平台登录界面

　　移动端数据平台具有行为监测功能，为用户进行野外观测提供辅助工具，记录动物个体行为，并将观测到的个体行为与原始ACC数据进行匹配，用于后续研究分析。

　　此外，环球信士数据服务平台不断优化，根据用户的需求和反馈，定期更新和升级性能，为科学研究提供优质技术支撑。
　　三、相关研究

　　澳大利亚阿德莱德大学入侵科学与野生动物生态学实验室Jack Tatler研究组在《Movement Ecology》发表文章（Tatler et al.2021），该篇文章利用三轴加速度计（ACC）和GPS数据，对澳大利亚中部自由放养的野狗的能量消耗和活动模式进行时空分析。通过模拟ODBA作为昼夜环境温度的函数来测试野狗是否在行为上进行体温调节。

　　研究于2016年4月至2018年5月在卡拉穆里纳野生动物保护区开展。该地区气候干旱，年降雨量中位数为133.5毫米，夏季非常炎热，冬季温和，日平均气温在最热月份为23°C-38°C，最冷月份为6°C-20°C（下午三点左右是一天中最热的时候）。研究组为19只澳洲野狗安装了ACC-GPS项圈追踪器，这些项圈配备了三轴加速度计。最终六个项圈通过触发掉落机制回收，一个项圈通过重新诱捕回收。对于从七只野狗身上找回的ACC和GPS数据，研究组将原始ACC数据从最高和最低强度的进行行为分组，将野狗的ACC数据分类为五种行为，并将躺着、站立和坐着的行为重新标记为“静止”，因为这些行为十分相似，它们不太可能在能量消耗上不同。（见表1）

　　对于静息代谢率（适用于所有静止行为），研究组使用Shield收集的澳洲野狗的耗氧量数据，并

　　推出Eq.1公式。对于步行和跑步行为，使用Bryce和Williams的公式（Eq.2）计算能量消耗，假设平均速度为步行1.985ms-1，跑步为4.96ms-1。并据此得出表2。

　　表2-在卡拉穆里纳配备ACC-GPS项圈的7只野狗的属性

　　为了研究卡拉穆里纳野狗的日常活动模式，研究组使用R软件包“mgcv”构建了两个广义加性模型（GAMs）。第一个活动模型评估了移动距离（连续15分钟GPS位置之间）作为一天中小时（0-23）的函数。类似地，第二个活动模型将ODBA（在距离测量的相同15分钟期间的平均值）作为小时的函数进行评估。在进行统计分析之前，对两个反应变量进行了标准化。GAMs采用循环三次回归样条和20节拟合。除此之外还进行了皮尔逊相关性检验，以检验响应变量之间相关性的强度和方向。

　　研究结果表明，环境温度可能会影响野狗的行为，白天野狗活动(ODBA)与环境温度呈负相关，这意味着太阳辐射的高热量增益可能是限制干旱环境中野狗白天活动的一个因素。（见图10）

　　（95%置信区间用灰色阴影表示）

　　参考文献
　　Tatler,J.,Currie,S.E.,Cassey,P.et al.Accelerometer informed time-energy budgets reveal the importance of temperature to the activity of a wild,arid zone canid.Mov Ecol 9,11(2021).