红外相机在动物通道监测中“空拍”原因研究分析

蔡 琼，张洪峰，车利锋，封 托，苏丽娜，朱 云，杨 钊

(1.陕西观音山国家级自然保护区管理局，陕西 杨凌 712100；2.陕西省动物研究所，陕西省濒危动物保育与利用重点实验室，西安 710032)

红外相机在动物通道监测中“空拍”原因研究分析

蔡 琼1，张洪峰2*，车利锋2，封 托2，苏丽娜2，朱 云1，杨 钊1

(1.陕西观音山国家级自然保护区管理局，陕西 杨凌 712100；2.陕西省动物研究所，陕西省濒危动物保育与利用重点实验室，西安 710032)

2014年在野生动物主要迁徙季节1—6月，使用型号Ltl-6210被动式红外相机，在东凉公路野生动物通道对陕西观音山国家级自然保护区野生动物进行了监测，并对红外相机“空拍”现象进行了分析，结果表明：主要迁徙季节(1—6月)不同月份之间，相机空拍率也存在差异，5月份最高(60.36%)，1月份最低(0.4%)，其余月份从大到小顺序为4月>6月>3月>2月；相机白天空拍率(90.69%)显著高于夜间(9.31%)，9:00—13:00是相机空拍率较高的时段；光线干扰、水流干扰、植被干扰是引起红外相机空拍的主要因子，其引起的空拍率分别为24.26%、33.58%和42.16%，差异显著(P<0.05)。为降低红外相机空拍现象，建议正确设置相机的朝向，禁止将相机红外感应器朝向正南，避免面对反光的物体；清除相机红外感应器范围内可能晃动的树枝和杂草，减少在植被郁闭度高的地段设置相机；按照季节变化调整相机灵敏度，春季设置为高或中，夏季设置为低。

红外相机；空拍现象；主要因素;解决对策

与传统方法相比，红外相机监测野生动物具有客观性、隐蔽性、非损伤性及连续拍摄等优点，越来越被动物学研究工作者所接受。最早应用红外相机拍摄和记录野生动物的报道见于Champion(1927)[1]，20 世纪90年代以后红外相机技术逐渐发展成熟，21世纪初数码照相技术与红外相机技术相结合，使得红外相机性能得到极大提升，被广泛应用于野生动物本底资源调查[2-3]、动物行为学研究[4-5]、种群及群落参数估算[6-7]、生物多样性监测与保护管理[8-9]、猫科动物专项调查与研究[10-11]、野生动物通道监测与道路交通影响研究[12-13]。

红外相机在野生动物监测与研究中也存在一些缺陷，如研究对象的限制、影像个体识别难度大、红外相机在野外的安全保障问题等，特别是红外相机在工作中存在“空拍”现象。红外相机的“空拍”一般是相机红外感应器受到干扰而触发，进而引起相机工作，但又未拍摄到目标动物的一种现象。空拍会使用相机一直处于工作状态，产生大量的无效照片，降低相机存储卡和电池的使用期，同时加大研究人员后期分析照片工作量、引起干扰。因此，我们结合陕西观音山国家级自然保护区东涼公路动物通道监测实际，对红外相机“空拍”现象进行分析与探讨，并提出解决对策，供参考。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域

研究地位于陕西观音山国家级自然保护区内东河台至凉风垭乡村公路区域，地理坐标介于东经107°51′～107°57′，北纬33°41′～33°44′，海拔1 370～2 117 m，年平均气温11.5℃，年均降水量922.8 mm。植被类型主要以落叶阔叶林、针阔混交林和针叶林为主。

1.2 研究方法

1.2.1 红外相机布设 2014年1月至6月(野生动物迁移季节)，使用型号Ltl-6210红外相机对东凉公路动物通道利用情况进行监测，在7处桥梁形式通道下方共布设7台红外相机，相机布设方式为悬挂式，拍摄模式为照片+视频，间隔时间为1 m，相机灵敏度设置为“高”。监测时间为每季度进行一次，收取照片并更换电池。

1.2.2 红外相机空拍照片认定 研究中选择本区域内大中型兽类为目标动物，凡是相机拍摄的照片中出现目标动物即为有效动物照片，而相机被触发又未出现目标动物或非目标恒温动物的照片即为空拍照片。1.2.3 数据处理与分析 从相机拍摄的所有照片中去除有效动物照片、非目标恒温动物照片和人为活动照片后即为空拍照片。将监测数据录入到Excel表格中进行分类，借助SPSS19.0 for Windows统计软件进行分析，利用卡方检验分析三种干扰因子引起相机空拍频次的差异显著性，以及不同时间段红外相机空拍频次的差异显著性。

其中，CATR代表相机空拍率；Ai代表第i类因素引起相机空拍的频次；N代表相机空拍频次的总和。

2 研究结果

2.1 引起红外相机空拍的干扰因子分析

陕西观音山国家级自然保护区林区东凉公路动物通道有效性监测期间共获取照片2844张，有效动物照片282张，非目标恒温动物(鸟类和鼠类)照片191张，人为活动照片30张，空拍照片2341张，红外相机空拍率为82.31%。分析表明：光线干扰、水流干扰和植被干扰是引起相机空拍的主要影响因子，其比例分比为24.26%、33.58%和42.16%，不同影响因子引起相机空拍频次差异极显著(P<0.05)(图1)。

2.2 红外相机空拍时段分析

白天空拍率(90.69%)显著(P<0.05)高于夜间空拍率(9.31%)，表明白天是红外相机空拍的主要时间段。白天中9:00—10:00、10：00—11：00、11：00—12：00和12：00—13：00四个时间段相机空拍率较高，分别为12.68%、14.69%、19.22%和15.95%，而6:00—7:00、17:00—18:00和19:00—20:00三个时间段空拍率较低，仅为2.41%、1.61%和1.21%，不同时间段红外相机空拍频次之间差异显著(P<0.05)(图2、图3)。

2.3 不同月份间红外相机空拍分析

按照月份进行统计，5月份红外相机空拍率最高，为60.36%，1月份最低，为0.4%，其余4个月份空拍率介于二者之间，按照从大到小的顺序排列依次为：4月>6月> 3月>2月(图4)。

图1 引起红外相机空拍的干扰因子分析统计图

图2 红外相机白天与夜间空拍率统计图

图3 红外相机白天不同时间段空拍率统计图

图4 不同月份红外相机空拍率统计表

图5 植物摇晃干扰触发红外相机拍照

图6 河水流动干扰触发红外相机拍照

3 结论与讨论

(1)本研究结果为陕西观音山国家级自然保护区东涼公路动物通道监测红外相机空拍率，不同月份之间不同，1月份最低，6月份最高；白天高于夜晚；一天中9:00—10:00、10：00—11：00、11：00—12：00和12：00—13：00四个时段较高；光线干扰、水流干扰和植被干扰是引起相机空拍的主要因子。

(2)红外相机按照工作原理不同分为主动式和被动式两类，主动式红外相机的结构包括: 红外线发射器、红外线接收器、相机、传导线等，当有动物从相机前经过时，其身体将红外线发射器和接收器之间的红外线光束切断，因此触发相机拍照进行记录；被动式红外感应相机在结构组成上要简单，使用更为广泛，相机和红外感应器为一体，由防水外壳所包裹，红外感应器对相机前一定面积的扇形区域进行探测，感应区域内热量和光线的变化，若有动物进入该区域，引起该区域光热的改变，触发红外感应器，所接收因而触发相机进行拍照[14]。由于被动式红外相机传感器监测的大部分范围都位于相机拍摄范围以内，一般情况下感应器探测到前方温度发生变化就会被触发，因此，被动式红外相机被非动物因素触发的几率较大，照片误拍较多。

本研究中红外相机设置于公路小桥的桥洞内，桥下有河流经过，桥洞两侧分布有稀疏植被，桥洞内外存在光线差。春季桥洞两侧的植被和杂草开始生长，当树枝或杂草长到一定高度，风作用下会产生摇晃，会引起红外相机感应器范围内形成一个小的温度变化，进而触发相机工作。由于桥洞内外存在一个光线差，随着时间的变化，桥洞内的光线也在发生变化，从而导致洞口内外存在温度差，这也是红外相机白天空拍率较高的原因之一。此外，桥洞内基本全年流水，3月份之前水流量较小，4月以后水流增大，河流温度与外界环境温度之间存在温度差，容易引起红外相机空拍。

一天中上午时间公路上车流和人为活动较频繁，而夜间则较低，此外野生动物多是晨昏和夜间活动，这是引起白天与夜间空拍差异的原因之一。在季节方面冬季空拍率低，而春季以后空拍率相对较高，这与野生动物的迁移习性息息相关，冬季野生动物多在公路两侧区域活动，野生动物出现的频率较高，这一时间内红外相机拍摄的照片多以有效照片为主，空拍照片的比例较低。春季以后野生动物逐渐向公路两侧高海拔区域迁移，野生动物出现的频率降低，拍摄到有效动物照片比例也降低，从而导致空拍照片比例增加，因此，相机的空拍会表现出季节性差异。

为了在保证相机正常工作的同时降低空拍照片比例，建议：(1)在布设红外相机时，正确设置相机朝向，避免或尽量减少将相机红外感应器设为正南方向或朝向岩壁、巨石、水流、光滑树干等反光物体，避免或尽量减少太阳光线直射到红外相机。(2)清除相机红外感应器范围内可能晃动的物体(如树枝或杂草)，减少在植被郁闭度高的地方设置相机；(3)按照季节变化调整相机灵敏度设置，一般春季灵敏度设置为高或中，夏季灵敏度设置为低。

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Analysis and Solutions to Blank Photos of Automatically Triggering Phenomenon by Infrared Camera for Monitoring Purpose

CAI Qiong1, ZHANG Hong-feng2*, CHE Li-feng2,FENG Tuo2, SU Li-na2, ZHU Yu1, YANG Zhao1

(1.ShaanxiGuanyinshanNatureReserve,Yangling,Shaanxi712100; 2.ShaanxiInstituteofZoology,ShaanxiKeyLaboratoryforAnimalConservation,Xi’an,Shaanxi710032)

Infrared cameras with so many advantages as to be objectivity, hidden, non-invasive, continuous shooting and so on, are widely used in the monitor and research of wild animals. However, in the field monitoring, infrared cameras was often triggered automatically and made a lot of blank photos. From January to June in 2014, along a country road Guanyinshan national nature reserve in Shaanxi, wildlife passage was monitored by the infrared camera (specification Ltl-6210), and automatically triggering phenomenon of infrared camera was analyzed and discussed. The result showed that the solar rays, flowing river and the disturbance of the vegetation are the main factors causing blank photos, the blank photos proportion of these causes were 24.26% ,33.58% and 42.16%, respectively, and the different factors affecting blank photos differ very significantly (P<0.05). Besides, the higher rate of blank photos in the whole day was between 9:00-13:00, and the rate at daytime(90.69%)was significantly higher than at night(9.31%). Furthermore, the rate of blank photos varied among different months, with the highest in May (60.36%), the lowest in January (0.4%), the blank photos in other months follow the order: April >June >March >February. To reduce automatically triggering phenomenon, it is suggested that setting the camera in correct orientation, prohibiting infrared sensor of cameras towards the south, and avoiding facing the reflective objects are key points. It is also necessary to remove branches and weeds in the front of the camera's infrared sensors, and avoid setting camera in high canopy density place. Last but not least, the camera's sensitivity settings should be adjusted according to seasonal changes.

Infrared camera; automatically triggering; main factor; solutions

2015-12-18 基金项目：世界自然基金会(WWF)项目(PO4331、PO2442、PO2647)；陕西省社会发展科技攻关项目(2014K15-01-09)；陕西省科学院青年人才培养项目(2014-K33、2012-K36)。

蔡琼(1974-)，男，陕西洋县人，主要从事野生动物监测与动物摄影及动物生态学研究。

Q958.1

A

1001-2117(2016)06-0045-04

*通讯作者