追蹤和繪制動(dòng)物遷徙模式對(duì)于野生動(dòng)物和不斷擴(kuò)大的人類(lèi)足跡之間的平衡共存至關(guān)重要。有了遷徙模式和棲息地的數(shù)據(jù)，城市規(guī)劃者和自然保護(hù)者就可以指導(dǎo)開(kāi)發(fā)和建設(shè)項(xiàng)目，平衡野生動(dòng)物種群和人類(lèi)社區(qū)的需求。

俄亥俄州立大學(xué)土木、環(huán)境和大地測(cè)量工程教授 Gil Bohrer 花了數(shù)年時(shí)間構(gòu)建分析動(dòng)物運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的工具，包括環(huán)境數(shù)據(jù)自動(dòng)軌跡注釋 (Env-DATA)，以將遙感數(shù)據(jù)與動(dòng)物軌跡聯(lián)系起來(lái)。他和他的團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了可視化圖像來(lái)展示動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)。

他說(shuō)：“大家都很喜歡它?！?/p>

2011 年 Env-DATA 推出后，擁有動(dòng)物數(shù)據(jù)的研究人員經(jīng)常找到他，請(qǐng)求他幫助構(gòu)建分析工具和動(dòng)畫(huà)。因此，當(dāng) NASA 生態(tài)預(yù)測(cè)計(jì)劃為 Bohrer、開(kāi)發(fā)人員 Justine Missik 和用戶拓展專(zhuān)家 Sarah Davidson 共同努力，使數(shù)據(jù)分析能夠供追蹤動(dòng)物活動(dòng)的用戶社區(qū)使用，Bohrer 擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

Bohrer 組織了一個(gè)最終用戶聯(lián)盟，并推出了漫游空間：黃石公園至育空地區(qū)的野生動(dòng)物遷徙 (Room2Roam：https://ceg.osu.edu/Y2Y_Room2Roam)。該計(jì)劃的目標(biāo)是為該地區(qū)建立全面的動(dòng)物遷徙數(shù)據(jù)檔案，為野生動(dòng)物和資源管理的研究和實(shí)際應(yīng)用提供寶貴的資源。利用這些數(shù)據(jù)，Room2Roam 可以構(gòu)建工具來(lái)改善野生動(dòng)物管理，評(píng)估保護(hù)區(qū)的有效性，評(píng)估野生動(dòng)物的遷徙和活動(dòng)，并優(yōu)先考慮黃石至育空地區(qū) (Y2Y) 野生動(dòng)物走廊的保護(hù)策略。

野生動(dòng)物走廊是一條通道或連接的天然保護(hù)區(qū)，使動(dòng)物能夠在適宜的棲息地之間移動(dòng)，而人類(lèi)的發(fā)展可能會(huì)將這些棲息地分割開(kāi)來(lái)。野生動(dòng)物走廊為動(dòng)物提供了安全的遷徙路線，它們可以在覓食地和繁殖地之間遷徙時(shí)找到食物和庇護(hù)所。

Y2Y 野生動(dòng)物走廊是世界上最大的野生動(dòng)物走廊之一，從美國(guó)西部的大黃石生態(tài)系統(tǒng)延伸至加拿大育空地區(qū)的北極圈，綿延 2100 多英里。根據(jù)黃石至育空地區(qū)保護(hù)計(jì)劃，該地區(qū)橫跨美國(guó)五個(gè)州、加拿大兩個(gè)省、兩個(gè)加拿大領(lǐng)地以及至少 75 個(gè)原住民領(lǐng)地。這片廣闊的土地上有山地、森林和草原生態(tài)系統(tǒng)，為灰熊、馴鹿、狼和金雕等眾多鳥(niǎo)類(lèi)提供棲息地。

Room2Roam 動(dòng)物追蹤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 Movebank 上，這是一個(gè)用于托管和訪問(wèn)從附著在動(dòng)物身上的傳感器收集的動(dòng)物運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的全球平臺(tái)。Movebank 網(wǎng)站由 Max Planck 動(dòng)物行為研究所、北卡羅來(lái)納自然科學(xué)博物館和康斯坦茨大學(xué)于 2008 年推出，目前包含全球超過(guò) 60 億個(gè)地點(diǎn)。超過(guò) 4,300 名參與者貢獻(xiàn)數(shù)據(jù)。

從歷史上看，資助的項(xiàng)目主要關(guān)注研究論文等學(xué)術(shù)成果。另一方面，Room2Room 則優(yōu)先考慮從業(yè)者的需求，Davidson 表示，他同時(shí)也是 Movebank 的數(shù)據(jù)管理員和 Room2Roam 的協(xié)調(diào)員。

這種新方法使得 Room2Roam 直接涉及最終用戶。在他們的第一次用戶會(huì)議上，Bohrer 和 Room2Roam 項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)人會(huì)見(jiàn)了來(lái)自野生動(dòng)物走廊工作的機(jī)構(gòu)和保護(hù)組織的近 40 名代表，以收集為該地區(qū)開(kāi)發(fā)工具的反饋。最重要的請(qǐng)求之一?可視化

“每個(gè)人都希望他們的數(shù)據(jù)能夠變成動(dòng)畫(huà)，”Bohrer 說(shuō)。構(gòu)建工具

Bohrer 一直在使用 MATLAB 為他的工作創(chuàng)造可視化效果。他與 MathWorks 接洽，希望為 Room2Roam 項(xiàng)目提供資金并進(jìn)行合作，因?yàn)樗?MATLAB 能夠應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。“我們需要 MATLAB 的計(jì)算能力來(lái)處理大量的動(dòng)物運(yùn)動(dòng)和遙感數(shù)據(jù)，”他說(shuō)。

兩年后，Room2Roam 推出 ECODATA-Animate(https://ecodata-animate.readthedocs.io/en/latest/)。該應(yīng)用程序采用 MATLAB 構(gòu)建，可幫助研究人員創(chuàng)建疊加在地理地圖和動(dòng)態(tài)環(huán)境觀察上的動(dòng)物運(yùn)動(dòng)定制動(dòng)畫(huà)。該應(yīng)用程序無(wú)需 MATLAB 許可證即可離線運(yùn)行，研究人員可以在他們的筆記本電腦上運(yùn)行它，包括在沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)的遠(yuǎn)程位置。

Bohrer、Missik 和 Davidson 使用 MATLAB App Designer 和 Mapping Toolbox 設(shè)計(jì)了 ECODATA-Animate。為了可視化野生動(dòng)物場(chǎng)景，該應(yīng)用程序使用四種主要數(shù)據(jù)類(lèi)型：地理、動(dòng)物運(yùn)動(dòng)、環(huán)境和位置細(xì)節(jié)，如道路和名稱。它還可以包括用戶提供的 GIS 格式的地圖，例如計(jì)劃的未來(lái)開(kāi)發(fā)的地圖。MATLAB 將這些多個(gè)數(shù)據(jù)層組合成一個(gè)集成地圖。“這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)，”Bohrer 說(shuō)?！按蠖鄶?shù)其他工具都不會(huì)這樣做，因?yàn)檫@并不簡(jiǎn)單。MATLAB 可以讓你非常輕松地處理它?！?/p>

研究人員和野生動(dòng)物管理人員渴望利用他們的數(shù)據(jù)做更多的事情而不是創(chuàng)建靜態(tài)地圖，但對(duì)于沒(méi)有強(qiáng)大編碼背景的研究人員來(lái)說(shuō)，基于數(shù)據(jù)創(chuàng)建視頻或動(dòng)畫(huà)通常很困難。但借助 ECODATA-Animate 圖形用戶界面，研究人員可以在幾分鐘或幾小時(shí)內(nèi)輕松創(chuàng)建生動(dòng)的動(dòng)物動(dòng)作動(dòng)畫(huà)。Room2Roam 終端用戶研討會(huì)的研究人員對(duì)他們能夠如此快速地將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為易于理解的動(dòng)畫(huà)感到驚訝。

“第一天結(jié)束時(shí)，一位參與者找到組織者說(shuō)，‘我剛剛拍攝了這部我研究了 20 年的樹(shù)林的電影，’”Bohrer 說(shuō)。

數(shù)據(jù)變得生動(dòng)

ECODATA-Animate 使動(dòng)物研究人員、公園管理部門(mén)、野生動(dòng)物管理人員、土地管理人員和其他監(jiān)測(cè)動(dòng)物活動(dòng)和棲息地的利益相關(guān)者受益。交通、衛(wèi)生和農(nóng)業(yè)等政府機(jī)構(gòu)對(duì)追蹤動(dòng)物活動(dòng)也有既得利益。

在西北地區(qū)，研究人員使用多物種動(dòng)畫(huà)來(lái)說(shuō)明不同野生動(dòng)物對(duì)道路的反應(yīng)。馴鹿會(huì)避開(kāi)，這可能會(huì)導(dǎo)致種群分裂，而野牛則會(huì)沿著路線行走，這會(huì)增加車(chē)輛相撞的風(fēng)險(xiǎn)。

“道路對(duì)這兩個(gè)物種都有影響，但是影響方式完全不同，”Bohrer 說(shuō)。

動(dòng)畫(huà)可以幫助這些不同的利益相關(guān)者更好地理解和傳達(dá)不同物種的行為模式和可持續(xù)性要求。

Davidson 說(shuō)：“觀看一分鐘的電影可以決定人們是否理解修建野生動(dòng)物天橋的必要性?！?/p>

用戶友好的 ECODATA-Animate 界面用于上傳和制作動(dòng)物跟蹤數(shù)據(jù)動(dòng)畫(huà)。上傳的跟蹤數(shù)據(jù)將自動(dòng)填充字段的內(nèi)容，并且可以更新它們以優(yōu)化動(dòng)畫(huà)中包含的內(nèi)容。(圖片所有權(quán)：俄亥俄州立大學(xué))

Bohrer 教授在 GitHub 和 MATLAB File Exchange 上分享了 ECODATA-Animate 應(yīng)用程序和代碼。

Roam2Roam 團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出該工具后，NASA 資助的另一個(gè)目標(biāo)就是將這些工具提供給世界各地處理動(dòng)物數(shù)據(jù)的團(tuán)體和研究人員。盡管仍處于早期階段，但自從 Bohrer 在 GitHub 和 MATLAB File Exchange 上分享該應(yīng)用程序及其背后的代碼以來(lái)，ECODATA-Animate 的影響力正在迅速擴(kuò)大(點(diǎn)擊閱讀原文，獲取該代碼)。

“我們正在采用開(kāi)放科學(xué)的方式來(lái)開(kāi)發(fā)和共享這些工具，”Davidson 解釋道?！斑@讓我們能夠加速應(yīng)用和科學(xué)用途的信息交換?！?/p>

由于濃厚的興趣，Room2Roam 團(tuán)隊(duì)成員為想要了解更多有關(guān)使用這些工具的研究人員和從業(yè)人員社區(qū)進(jìn)行了 30 多場(chǎng)演講和研討會(huì)。其中包括阿岡昆至阿迪朗達(dá)克 (A2A) 合作項(xiàng)目，與Y2Y類(lèi)似的團(tuán)體。A2A 保護(hù)著一條橫跨美國(guó)東部和加拿大的 40,000 多平方英里的野生動(dòng)物走廊。

Bohrer 看到了 ECODATA-Animate 的其他應(yīng)用。他希望增加對(duì)其他類(lèi)型觀察數(shù)據(jù)的支持，例如康奈爾鳥(niǎo)類(lèi)學(xué)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)的眾包鳥(niǎo)類(lèi)觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù) eBird。他還希望為基于位置的數(shù)據(jù)類(lèi)型(例如相機(jī)陷阱)創(chuàng)建分屏動(dòng)畫(huà)，讓用戶可以單擊相機(jī)陷阱中的某個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，在一個(gè)屏幕上查看相機(jī)突發(fā)的視頻，在另一個(gè)屏幕上查看所有相機(jī)位置的數(shù)據(jù)地圖。他計(jì)劃使用 MATLAB 工具(例如 Wavelet Toolbox)來(lái)擴(kuò)展應(yīng)用于動(dòng)物運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的分析類(lèi)型。

詳細(xì)的全球視野Bohrer 曾經(jīng)聽(tīng)過(guò)美國(guó)宇航局的某個(gè)人解釋說(shuō)，你無(wú)法觀察到任何地方的任何東西，但你也無(wú)法觀察到任何地方的一切。換句話說(shuō)，大多數(shù)研究人員將觀察范圍限制在微小區(qū)域，而一些更大規(guī)模的研究，例如衛(wèi)星，則以更廣泛但更粗略的方式觀察整個(gè)地球。將這兩個(gè)量表結(jié)合起來(lái)可以揭示出我們對(duì)世界的新見(jiàn)解。

“我們需要以某種方式將所有這些點(diǎn)觀察結(jié)合成一幅整體圖景，”Bohrer 說(shuō)。“如果沒(méi)有開(kāi)放數(shù)據(jù)共享，這一切都不會(huì)發(fā)生?！备嗟毓蚕韯?dòng)物行為數(shù)據(jù)的一個(gè)動(dòng)機(jī)是，標(biāo)記和追蹤動(dòng)物需要付出巨大的努力——例如從直升機(jī)上跳下來(lái)給馴鹿戴項(xiàng)圈。來(lái)之不易的數(shù)據(jù)常常被存放在研究人員的筆記本電腦或一些鎖定的存儲(chǔ)庫(kù)中。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Bohrer、Missik 和 Davidson 確保 ECODATA 工具是免費(fèi)和開(kāi)源的，但使用它們不需要向任何人透露敏感的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。通過(guò)使用通用數(shù)據(jù)和工具降低數(shù)據(jù)處理、綜合和共享的障礙，ECODATA-Animate 有助于開(kāi)啟由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的洞察全球范圍內(nèi)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)和環(huán)境變化的時(shí)代。這些見(jiàn)解可以發(fā)表出來(lái)。

Bohrer 說(shuō)：“如果 50 年后開(kāi)放檔案中不再有數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)就會(huì)消失，我們?nèi)媪私馐澜绲臋C(jī)會(huì)也會(huì)隨之消失?！?/p>