基于5G网络在保护珍稀动物长臂猿中的应用

海南中京南方信息工程有限公司 陈耀亮

海南长臂猿天性机警、行动敏捷，而且居无定所，野外观测十分困难，当前野外观测的数据获取主要依靠人工完成，工作强度大、工作环境十分艰苦，珍稀濒危野生动物保护海南长臂猿群实时监测项目是国家大政方针的要求，在新的生态文明建设形势下，作为生态基础的林业行业，必须通过建设既有创新性的综合数据业务平台适应新的建设管理要求。互联网、大数据、云平台、物联网等新兴技术的成熟应用，要求国家公园及自然保护区的信息化必须具备适应新的应用框架与新的运营管理模式。如何将这些投资发挥最大的功效，并让各类信息资源可以综合运用，为自然保护区管理转型升级提供信息服务，需要通过全新的整合平台来实现。本研究主要对5G技术进行概述，介绍了5G网络技术在保护长臂猿的应用，通过布设红外自动触发照相机，可在不影响长臂猿正常生活的前提下进行隐蔽拍摄，通过5G网络可实时在线回传影像对掌握海南长臂猿个体、种群大小、年龄结构、性别比例、发展趋势等各方面信息进行分析，极大提高工作效率，减轻人员工作强度，查清海南长臂猿生态、繁衍的主要生态因子以及栖息地的动态变化，为制订切实可行性的海南长臂猿的保护计划以及为其适生环境的恢复、营建、资源保护提供科学依据。

1 5G技术简述

5G网络面向增强型移动宽带、大规模机器通信、高可靠低时延通信三大业务场景，以全新的网络架构，提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力，开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代。5G支撑应用场景由移动互联网向移动物联网拓展，将构建起高速、移动、安全、泛在的新一代信息基础设施。与此同时，5G将加速许多行业的数字化转型，并且更多用于工业互联网、车联网等，拓展大市场，带来新机遇，有力支撑数字经济蓬勃发展，而5G 700M网络相对于中低频段2.6GHz/4.9GHz 5G网络网络的优势在于广度和深度覆盖，结合700MHz频率特性，网络特性，覆盖范围广，本次主要简述基于700MHz 5G网络技术结合视频监控对保护海南长臂猿中的应用。700MHz5G网络在农村不同场景覆盖半径，如图1所示。

图1 700MHz5G网络在农村不同场景覆盖半径Fig.1 700MHz 5G network coverage radius in different rural scenes

2 5G技术在保护海南长臂猿中的应用

在以往保护长臂猿观察活动中，最主要的还是要靠人工蹲点观察与布设红外自动触发照相机相结合方式，这样的观测方式导致观察范围窄、受到的气候影响大，无法做到全天候观测、工作环境艰苦、工作强度大、安全性不高、工作效率低且人工成本高，观测相机需人工到场收回监控影像，无法做到对监控影像实时回传，不利于完善制定保护长臂猿方案。目前长臂猿观测点，如图2所示。

图2 目前长臂猿观测点Fig.2 Current observation point of gibbon

随着互联网技术高速发展的进程中，集成化、智能化、数字化及网络化等特点于一体的综合监控系统的应用越来越广泛。随着5G网络的高速建设，特别是700MHZ 5G网络在农村区域加速建设，利用700MHz网络覆盖广、穿透能力强、低时延等网络特性优势，整合到监控系统体系中，打造出全新的智能化观测野生珍稀动物大型视频监控系统，实现了无线网络与有线网络互为补充的提供高效、实时有效双结合，能够为保护长臂猿工作者，提供高效、清晰、实时的观测海南长臂猿的观测系统平台，为制订切实可行性的海南长臂猿的保护计划以及为其适生环境的恢复、营建、资源保护提供最科学依据。

2.1 700MHz 5G网络下观测野生动物监控系统拓扑图

按以往观测野生动物的手段，通常都是人工观测或野外相机抓怕也需要过段时间，人工收回，花费大量的人力物力，后面随着3G/4G网络的普及，但因网络特性，时延长，传输速率小、穿透能力差，无法对隐藏在大树或灌木底下的野外相机，进行有效无线回传监控影像，随着700M 5G网络建设，在融入5G技术后，利用其传输速率高、低时延、绕射能力强等网络优势，能够确保摄像头所拍摄的图像能够实时无线回传到监控中心，不仅可以显著提高无线回传监控视频的准确率，还可以在后台实时监控各个监控区域的画面，也可以进行利用手机远程登录查看监控录像，通过监测平台的搭建实现对野生动物视频和图像数据的采集建立相应种群样本库，然后将种群样本库中的野生动物视频和图像数据作为训练样本，采用当前最先进的深度学习算法，对野生动物的识别和检测模型进行训练；再利用训练好的模型对当前视频和图像数据进行实时识别和检测，从而达到野生动物的物种识别的目的。深度学习技术通过模拟大脑对物体的认知来进行物体识别、目标检测、视频分析等。系统通过收集数十个物种、百万张图片的样本库，由专为野生动物适配及训练的人工智能算法对视频帧进行逐层特征提取，实现对野生动物的精准识别、抓拍、分类。系统采用基于深度学习模型可以自动的学习到各个物种的体态、纹理等生物特征，从而对野保相机拍摄的视频进行高效高精度的识别、检测和分类。另外，模型的可扩展和可优化性强，当训练好基础的野生动物识别和检测后，随着数据的不断积累，可以很方便的基于扩展数据优化模型识别和检测的准确率，从而增加可识别和检测的动物种类。同时，随着数据的不断采集积累，野生动物的种类和出现点位都被系统实时标记，大数据的统计和研究意义开始逐渐凸显，系统功能可获得持续拓展。为野保区域内生态变化研究、野生动物生活习性研究及野生动物保护提供强有力的支持，智能化的观测手段，解放了人力，提高了观测长臂猿准确率，减少人为对长臂猿的栖息地的干扰，对保护野生长臂有着重要的意义。700M 5G网络下观测野生动物监控系统拓扑图，如图3所示。

图3 700M 5G网络下观测野生动物监控系统拓扑图Fig.3 700M 5G network observation wildlife monitoring system topology diagram

2.2 700M 5G网络覆盖区域内红外相机的布放

野生动物种群数据必须依靠监测和调查获得，自20世纪初第一张利用绳索绊发“陷阱”拍摄的照片问世以来，相机技术经历了传统胶片式向数字化的发展，触发方式也经过了机械“陷阱装置”触发—主动红外光束触发—被动红外触发的转变。一直以来，“陷阱”相机在迎合着使用需求和科学技术的突飞猛进，坚持而稳步的发展着。

发展至今，当前使用的“陷阱”相机主要是依靠被动红外监测野生动物并触发拍摄，并发展为利用电池长时间供电、利用存储卡实现大容量的数据存储来适应野外调查环境的特殊情况。这种应用模式虽然不能实现实时的数据传递，并带来了大量的人工成本，但其优点是设备本身造价低廉，布点灵活。随着光伏产业的大力发展和5G网络建设的普及，“陷阱”相机又迎来了新的发展。在5G网络覆盖范围内红外相机的布置，如图4所示。

图4 在5G网络覆盖范围内红外相机的布置示意图Fig. 4 Schematic diagram of the layout of infrared cameras within the coverage of 5G network

在700MHz 5G网络覆盖的区域内，采用在线实时传输红外相机，部署在林区长臂猿经常出没的地区，由红外探头触发，全天候均可以进行摄像和拍摄两种动作，所有设备均为在线式管理也存储方式支持本地存储，供电方式采用太阳能供电，依托700MHz 5G无线网络的特性，低时延、高速率，实时无线回传红外相机对野生动物图片/视频数据的实时回传。基于5G网络下对长臂猿观测的优势，如图5所示。

图5 基于5G网络下对长臂猿观测的优势Fig.5 Based on the advantages of gibbon observation under 5G network

3 结语

海南长臂猿是国家一级保护动物，海南热带雨林国家公园管理局霸王岭分局是海南长臂猿唯一栖息之地，面临着濒危灭绝，急需通过信息化手段全面、科学、快速的获取、分析调查数据，形成数字化基础，提供直观的信息资源支撑和决策环境；需要通过信息化手段按照工作职能，实现自然保护区建设的系统化、精细化管理与尺度效益分析，为自然保护区的规划设计、生态环境评价等业务提供有效支撑。

基于5G网络下对长臂猿实时监测不但是健全国家公园生态保护体制的需要，也是保持海南热带雨林生态系统平衡稳定的需要。海南热带雨林是我国生物多样性保护优先区域，是多种珍稀濒危野生动植物的重要栖息地和分布区。由于人类活动影响，野生动物栖息地破坏问题突出，生物多样性保护面临较大压力。通过5G网络下开展海南热带雨林霸王岭国家公园科研与监测活动，减少人为对野外环境的干扰，研究有效修复热带雨林生态系统，打通动物活动迁徙廊道，增强珍稀动物栖息地的适宜性、连通性，保护和恢复野生种群，保护野生动物的栖息生境，不仅能有效促进野生动物种群的数量及生存空间扩大，还能使其他自然资源得到保护和发展，进一步维护保护区的自然生态平衡。