一只斑頭雁的IT故事

楊志杰

如果沒有網絡視頻監測系統，青海湖的生態保護者們，也許仍舊無法了解各種水鳥的生活習性。

“斑斑”是青海湖近萬只斑頭雁中的一只。4月初，完成了配偶工作的斑頭雁們，陸續向青海湖的蛋島和三塊石島集中，開始繁殖和孵化下一代。

“斑斑”隨著它的家族來到了蛋島。它們在蛋島的某個區域，集中筑巢，并構建起一個協同防御的體系：家族中所有成員的巢與巢之間，形成共同的防御區域，一旦有其他的鳥類進入到這個區域，“斑斑”的兄弟姐妹們，就會群起而攻之。

像其他的斑頭雁一樣，在大的防御區域內，“斑斑”以自己的巢為原點，構建了個體防御范圍。倘若其他的鳥類進入，它便會發起攻擊，即便是配偶以外的家族成員。這時候，對于“斑斑”而言，沒有什么事情比順利繁殖出下一代更為重要的了。

侯元生是青海湖國家級自然保護區管理局的信息化負責人，他的主要工作職責之一，就是日常維護中科院為青海湖保護區建設的各種信息化系統。

他說，“如果沒有科研信息化，青海湖保護區的大量保護和科研工作是做不起來的?！睂Π哳^雁行為的研究，正是以野外探頭收集的海量鳥類視頻圖像為基礎開展的。

20萬年前，青海湖是與黃河相通的淡水湖。由于地殼的劇烈運動，13萬年前，青海湖被隆起的山地，圍成了閉塞湖。而隨著氣候逐漸變干，青海湖最終轉變為咸水湖。

青海湖是鳥的王國。每年，平均約有5萬到6萬只鳥，來到青海湖，在此棲息和繁殖。這些鳥的種類共有221種。3到4月，雁、鴨、鶴、鷗等夏候鳥陸續從南方遷徙到青海湖，擇地營巢；5到6月，鳥類們開始繁殖；9月底，夏候鳥開始南遷；12月中旬冬候鳥遷來。

雖然青海湖的保護者們，能夠描繪出青海湖鳥類來去的規律，但是對于青海湖的鳥類從何處來，到哪里去，各種不同鳥類的種群數量為何有時多，有時少，如何更好地保護鳥類等問題卻一籌莫展——直到科研信息化在青海湖實施，而最初的由頭卻是禽流感的爆發。

追蹤鳥的遷徙

2005年5月，在青海湖蛋島上筑巢的“斑斑”忽然發現，身邊的同伴們一只一只地離開了鳥群，有的顫巍巍地走向湖邊，一頭栽倒，再也沒有起來；有的則遠離筑巢地，將頭扎到沙灘中，奄奄一息。

5月3日，青海湖的游客們發現了鳥類的異常情況。生病的鳥不僅僅限于“斑斑”的種群斑頭雁，青海湖夏候鳥四大種群的另外三個：棕頭鷗、魚鷗和鸕鶿也開始出現類似的病癥。

隨后的調查結果震驚了全球，世界首例遷徙野生鳥間傳播的高致病H5N1型禽流感，在青海湖爆發。“不到兩周，死亡鳥類的數量高達6000多只，其中斑頭雁死亡近千只，當時青海湖鳥類的總量約為4.8萬只。”青海湖國家級自然保護區管理局副局長何玉邦回憶道。

禽流感爆發后，青海湖保護區除了按照要求對死亡鳥類進行處理外，并沒有更多的辦法去研究，野生鳥類為何會感染禽流感。

中科院信息化專家委員會主任閻保平說，已有研究表明，遷徙的候鳥有可能是高致病H5N1禽流感病毒傳播的攜帶者，青海湖是候鳥中亞遷徙路線中最重要的繁殖地和經停地之一，那么，候鳥與家禽之間是否存在潛在的禽流感傳播威脅？候鳥的遷徙路線與禽流感爆發之間的關系又如何呢？

在青海湖國家級自然保護區管理局副局長何玉邦的心中，在禽流感爆發后第一時間，率領學生和同事趕到青海湖的閻保平，是比珍稀動物還要稀少的科學家?！白詭Ц杉Z干活，科研成果共享，在青海湖做應用，在青海湖做示范，推進青海湖的科研信息化。”他評價道。

為獲得候鳥遷徙路線數據，在多次前往青海湖考察后，閻保平所在的中科院網絡中心牽頭與青海湖自然保護區、中科院動物所、病毒所、遙感所、寒旱所、微生物所以及西北高原所聯合，并與美國地質勘探局（USGS）等機構合作，開展了青海湖候鳥遷徙的GPS跟蹤研究。

從2007年到2008年，共有67只鳥類安裝了GPS定位系統，包括29只斑頭雁，“斑斑”便是其中的一只。安裝的GPS系統在兩年后，也就是2010年之后，將自動脫落，按照何玉邦的描述，這相當于給鳥背了一個很輕的書包。

侯元生介紹說，此前保護區也曾經給鳥類裝上過GPS，但當初設備的地理精度和續航能力都比較差，研究效果并不理想。

這67個憑借太陽能續航的GPS定位系統，每兩個小時會記錄一次GPS數據，每兩天會向衛星跟蹤采用的Argos系統上傳一次數據。67只鳥持續發回數據，在中科院建立的衛星跟蹤數據庫中，研究結束后，經整理，總記錄數達到817173條。

Argos系統由數據發射平臺、衛星上的DCS（數據采集系統）有效載荷、地面接收處理站和數據處理中心3部分組成。科研人員同時使用Google Earth，對跟蹤數據進行展示，從而獲得候鳥的遷徙路線。

他們看到，“斑斑”和它的同伴們在離開青海湖后，在瑪多縣附近的湖泊河流，如鄂陵湖、黑河等濕地附近較長停留后，經玉樹進入西藏境內，并集中在拉薩河谷地帶過冬。因為那里的農田在冬天有糧食遺留，而當地藏民，既不殺生也不容許他人殺生；同時，當地冬季氣候溫和。“斑斑”們找到了安全、適宜的濕地環境過冬。而“斑斑”的一個伙伴，甚至在12月的時候，飛躍了喜馬拉雅山，在印度過了冬——那里曾經發生過禽流感，但中科院計算機網絡信息中心李健說，這并不能證明野生鳥類的禽流感是由家禽傳染的，除非有新的技術手段能夠監測到鳥類身體內部的病變，例如，何時攜帶病毒？

隨后，青海湖保護區按照GPS記錄的數據，對67只候鳥遷徙的13個主要停經地、6個越冬地，展開了地面調查，發現這些地方有著相同的特點：有大量的食物資源，同時又遠離人類聚居區?！傍B類遷徙的關鍵是食物和隱蔽場所?！焙斡癜羁偨Y道。

雖然到現在為止，究竟是家禽傳染了野生鳥，還是野生鳥傳染了家禽，這一命題仍舊無法解答，但是青海湖生態保護者們通過對鳥類遷徙的研究獲得了另一個收獲，就是更加了解了鳥類的習性，從而能夠更好地保護它們，以保障它們的種群更好地繁衍下去。

來年春天的3月，“斑斑”們將再次回到青海湖，配偶、繁殖，生態保護區要做的事情是，確保這些鳥類在繁殖的季節有安全、適宜的筑巢地。

“遠離”鳥類

禽流感過去了，鳥類們周而復始的遷徙活動仍在繼續。

“斑斑”再次回到蛋島，進入新一輪的繁殖周期。困擾它繁殖的最大危險，并不僅僅是疾病和天敵，而更多的是來自于人類的干擾。

對于“斑斑”而言，在產卵時看到人，與看到狼的結果是相同的。斑頭雁有很強的應急反應，在發現危險時，親鳥會迅速離開幼鳥，這往往會造成弱小幼鳥的死亡。

事實上，青海湖保護區的工作人員必須要定期前往鳥類繁殖的島嶼檢查是否安全，同時研究鳥類的習性，也需要人員監測。

閻保平說，青海湖科研項目主要圍繞鳥類活動開展，人工觀測環境惡劣、鳥類數據難以獲得。

為了解決青海湖鳥類實時監控的難題，在禽流感發生的第二年，中科院在青海湖保護區蛋島建立了第一個網絡視頻監測系統，監測鳥的孵化繁殖、哺育、疾病等行為。

此前，青海湖保護區在蛋島曾設立了4個探頭，視頻傳輸技術手段較為落后，其主要作用是監督游客，避免游客翻越圍欄。

據侯元生介紹，在過去的這幾年里，青海湖野外實時視頻監測范圍不斷擴大，監測設備也不斷升級，網絡也在2012年由IPv4跨越到了IPv6。

根據鳥類繁殖區域，以及珍稀動物普氏原羚的救護區域，目前，青海湖野外視頻的監控范圍擴展到了蛋島、三塊石、海心山、鸕鶿島、布哈河口三角洲、普氏原羚庇護所六個保護區核心區。

由此，青海湖視頻監測系統形成了一張獨立的網絡，包含6個局域網，除蛋島核心樞紐外，其他5個局域網通過微波，將數據匯聚到蛋島監控室，蛋島監控室則通過光纜與保護管理局網絡信息中心互聯，現在保護區的工作人員不用上島就可以實時監控鳥類的狀況了。

在侯元生看來，視頻監控系統在監測鳥類習性的同時，另一個重要作用就是防止漁民、野獸與鳥的接觸。

過去，漁民會去布哈三角洲、三塊石島等地打漁，一方面他們會撿拾鳥蛋，另一方面也會給鳥的繁殖造成騷擾。打漁目前在青海湖是被禁止的。青海湖湟魚是很多鳥類的主要食物，近年來湟魚數量急劇減少，這有可能會使得鳥類沒有糧食而影響到其種群的生存?！鞍惭b了監控設備之后，漁民就不敢再去鳥類繁殖地了，探頭具有威懾作用，現在，鳥類繁殖地非常安靜?！焙钤f。

侯元生的另一個故事，來自于狐貍。在上一個冬天，青海湖湖面結冰的時候，有一只狐貍登上了三塊石島，在湖面化開之后，這只狐貍并沒有離開，也沒有辦法離開了，此時大批候鳥回遷，開始繁殖。侯元生從探頭發現了狐貍，當他們到島上驅趕狐貍時，已經有20多只鳥被狐貍咬死?！叭绻患霸绨l現，等到小鳥出來的時候，不知道會咬死多少鳥?！彼f。

自從青海湖視頻監控系統安裝以來，青海湖管理局，通過探頭在青海湖新發現了32種鳥類，將青海湖鳥類的數量由原來的189種，更新到了221種。

“斑斑”們也獲得了前所未有安寧的繁殖環境。

科研與挑戰

青海湖網絡視頻監測系統為科研打開了一扇窗戶，通過攝像頭獲取的視頻數據，對“斑斑”等鳥類繁殖期間各種習性的研究，一直在進行中，很多研究者也憑此發表了多篇論文。

而青海湖視頻監測系統的圖像，也由普清逐步升級到了標清，并最終部分跨越到了高清；后端系統，也從最初的沒有服務器，依靠光盤存儲數據，發展到了所有視頻數據均有當地存儲和遠程異地（北京，中科院）存儲備份。

何玉邦希望這些升級能夠在未來，幫助網民在網上直接觀看青海湖鳥類的實時視頻。

據李健介紹，整個青海湖視頻監測網絡目前租用了20兆帶寬，以與互聯網實現連接。事實上，目前每天6個區域的視頻探頭，形成的高清圖像數據，高達60～70G。

令侯元生高興的是，視頻圖像資料目前已經實現了智能獲取、自動錄入、自動入庫、自動傳輸和自動分類——不同的探頭對著不同的鳥類，這些探頭收集回來的數據，會按照不同的鳥類分類入庫。

令侯元生困擾的是，到目前為止，還沒有一種有效的辦法，針對視頻圖像資料進行分析，從而實現對鳥類習性的自動研究。

侯元生現在用的還是土辦法，即設定一個視頻數據分析的流程，首先快速瀏覽，其次將有需求的視頻畫面分組，然后再由不同的研究小組對視頻中鳥類的行為進行記錄，最后放在模版中進行分析，這樣即費時又費力。

“這是一個國際性的難題，中科院正在開展此類的研究，研究也僅僅處于對鳥類的識別階段?！敝袊茖W院計算機網絡信息中心張海明說，將來海量視頻放在網上，發揮大量網民的力量，相信會產生不錯的研究成果。

事實上，青海湖視頻監測系統除了能夠提供科研服務外，本身就是一個科研項目。

該系統是一個典型的物聯網應用。未來，物聯網對地址的海量需求，被看作是推動IPv4向IPv6發展的一個重要原因。今年，該監控系統內所有的前端設備、網絡設備、傳輸設備，均滿足了IPv6協議標準。中科院的專家們在這一系統內做了大量有關IPv4與IPv6互通的實驗。

在視頻監測系統之外，還有另一個科研項目，即“青海湖國家級自然保護區聯合科研基地數據基礎平臺”，該平臺面向中科院很多研究所提供服務。數據庫涵蓋了鳥類資源調查數據庫、候鳥監測視頻數據庫、環湖植被樣地數據庫、保護區生物多樣性數據庫、禽流感數據庫、候鳥遷徙GPS數據庫、基礎地理數據庫等相關科研資料庫。

每個月侯元生都會前往環湖地區設置的24個鳥類監測樣地，統計鳥類的種群數量、種類，巢區位移等數據，然后錄入數據庫。

通過數據分析，侯元生發現，青海湖的另一種主要夏候鳥棕頭鷗，近幾年來種群數量起伏不定，這與近8年來青海湖水位持續上升有很大關系。棕頭鷗原來的巢區在蛋島，由于與斑頭雁的爭巢，巢區位移到了布哈河三角洲；然而，兩年之后，湖水上漲，巢區被淹掉了；于是，巢區又移到蛋島邊上的一些小島；今年這些地方，又被淹掉，巢區又移到了鸕鶿島東面較大的沙地里。

“在大自然面前，人終歸是渺小的，湖水上漲對青海地區的氣候是個好事情，但是對鳥類反而是件壞事情，因為鳥類的繁殖地都被淹掉了。到底是好事情？還是壞事情呢？”何玉邦疑問道。