鸟类繁殖活动全自动监测系统

1、鸟类繁殖活动全自动监测系统林陈清1 雷红梅1 曾兰义1 徐仕斌2 颜浩2 左晓念2（1乐山师范学院生命科学学院；2乐山师范学院物理与电子工程学院）鸟类繁殖生态是鸟类学研究的一个重要内容，为了获取鸟类繁殖的准确数据，研究中特别要求：应当在无外界干扰的前提下长期连续地观察鸟类自然繁殖活动的全过程（产卵、孵卵、育雏直至出飞）。据了解：迄今为止，有很多野外监测站点仍然还是沿用“长期蹲点、隐蔽观察、定期查巢”的传统工作方式。这种传统的观察方式原始落后、研究人员工作条件艰苦、人力物力消耗量很大，但是它所能获得的信息量却较少并且信息资料的连续性差、可信度较低，而且常常会遗漏一些重要的信息资料。为了能获取更多

2、信息，研究人员每隔1至2天就要进行一次查巢观察。但是，由于研究人员进行长期蹲点观察和频繁的查巢作业又会在一定程度上干扰鸟类的自然繁殖活动，严重时还会导致亲鸟弃巢和增加招引天敌捕食的风险。怎样才能有效避免研究者自身对鸟类的干扰而又能最大化地获取鸟类繁殖活动信息资料呢？这是长期困扰鸟类研究学界的一个技术性难题。为了解决这个问题，近年来，在有条件的监测工作站已经开始尝试应用一些电子监测设备来对鸟类繁殖活动进行观察研究工作。例如：有的监测站采用摄像机对鸟类繁殖活动进行全程录像，这种全程录像方式无需研究人员隐蔽观察作业，在理论上能够收集到大量的视频资料，但是它在实际使用中却存在耗电量高和野外续电难、录像

3、视频占用内存大、设备费用昂贵等缺陷而难以全面推广运用。又例如：有的监测站采用温度自动记录仪来识别鸟类的不同繁殖阶段，该仪器尤其对了解鸟类孵卵节律具有重要意义。但是，仅仅单独使用温度自动记录仪无法判明捕食鸟巢的天敌种类以及卵雏部分损失等准确信息，即是说，仅由温度自动记录仪所获取的信息资料对于研究人员深入认识研究鸟类繁殖活动规律的技术支撑力度也并不是很充分可信的。此外，研究表明：巢址微环境的气候条件（如光照强度、湿度、温度等气象指标）也是影响鸟类巢址选择与繁殖成效的重要因素。怎样才能研制出一种能在无人为干扰前提下、最大化地记录获取鸟类自然繁殖活动过程及巢址微环境气候信息的自动监测设备呢？这是鸟类学

4、界众多专家学者长期以来一直都高度关注并迫切希望解决的一个技术性难题，本实用新型正是试图解决这个课题。实用新型内容本实用新型旨在克服现有技术存在的上述不足之处而提出一种鸟类繁殖活动全自动监测系统，它无需研究人员在野外长期隐蔽蹲点观察作业即能全面真实地获取鸟类自然繁殖活动过程的视频资料及巢址微环境的光照强度、湿度、温度等主要气候信息，为研究人员深入研究鸟类繁殖生态学提供大量原始翔实的资料信息和坚实的技术支持。本实用新型的目的是按照如下技术方案来实现的：本实用新型提出的一种鸟类繁殖活动全自动监测系统，它包括机箱、红外感应摄像头、巢内温度传感器、外界温度传感器、外界湿度传感器和安装于机箱内的控制主板、

5、电源适配器，其特征在于：在红外感应摄像头上配装有光强传感器，红外感应摄像头、光强传感器由视频光强数据线连接于控制主板，在巢内温度传感器上配装有巢内湿度传感器，巢内温度传感器、巢内湿度传感器由温湿度数据线连接于控制主板，所述的外界温度传感器、外界湿度传感器安装于机箱顶板上并与控制主板相连接，在控制主板上配装有智能控制器，所述的智能控制器由MCU最小系统模块、电源模块、输入/输出接口电路、巢内温度采集模块、巢内湿度采集模块、视频采集模块、外界温度采集模块、外界湿度采集模块、外界光强采集模块、数据处理存储单元电路、运行参数自检模块、蓝牙无线发射模块、GPS位点发送模块、GSM短信发送模块和人机交互界

6、面组成。其显著的结构特点是：采用巢内温度湿度传感器和外界温度湿度传感器、光强传感器、红外感应摄像头同时监测记录繁殖期鸟巢微环境的光照强度、温度、湿度等气候信息和视频，它既能对采集的信息资料自动进行数据处理存储，又可通过蓝牙无线发射模块将信息资料发送至监测中心工作站，无需研究人员隐蔽观察和查巢即能远距离地全面监测获取鸟类自然繁殖活动的第一手丰富详实的信息资料，彻底解决了“尽量避免研究者自身对鸟类的干扰而又能最大化地获取鸟类自然繁殖活动信息资料”这个长期困扰鸟类研究学界的一个技术性难题。为更好地实现本实用新型的技术方案，进一步地说它还具有如下技术特征：人机交互界面包括显示器和键盘。根据研究工作的需

7、要，可通过键盘对鸟巢生态微环境气候（光照强度、湿度、温度等）和视频监测时间周期、记录信息存储、位点短信发送以及复位等功能进行设定操作。在视频光强数据线上端套装有金属护套蛇形软管。这种结构设计是利用金属护套蛇形软管具有既能任意折弯又可在任意折弯位置自行固定的材料特性，可方便地调节红外感应摄像头并将其固定于正对鸟巢的最佳摄像位置处，对改善提高视频录像的科研价值具有明显效果。在机箱上配装有拉杆式天线。这种结构设计可方便地调节拉杆式天线的长度，对提高野外林区进行无线发送工作质量有一定作用；在停止工作后又可方便地收回拉杆式天线，特别有利于存放和中转搬运作业。在机箱上设置有防撬锁孔板，在关闭箱门后即可方便

8、地锁定机箱，具有一定的防盗防撬安全性能。在机箱背板上设置有挂装扣件，这种结构设计特别方便于固定安装机箱的操作。系统防盗功能的设置是通过GPS位点发送模块和GSM短信发送模块将机箱的GPS位点信息定时通过短信方式传送给研究人员。当机箱发生被盗时，研究人员可通过箱体的位点变化信息及时找回失窃的监测设备。本实用新型同现有技术相比较具有如下实质性特点和进步：本实用新型首创了一种能在无人为干扰的前提下全面记录鸟巢内外生态微环境气候信息和视频资料的鸟类繁殖活动全自动监测系统，它是利用安装于巢内的温度湿度传感器和外界的温度湿度传感器、光强传感器和红外感应摄像头全面采集巢内外微环境的气候信息（如：光照强度、湿

9、度、温度）和视频等信息资料，再由智能控制器进行数据处理存储并通过蓝牙无线发射模块将其发送至监测中心工作站，研究人员可远距离地适时观察到鸟类自然繁殖活动的全过程并能全面获取鸟类繁殖期间巢内外微环境的气候信息资料。本实用新型具有结构简捷、生产容易、制造成本低、操作使用方便、智能化水平高、信息记录全面真实可信度高等突出优点，能为深入研究鸟类繁殖生态学的专家学者提供丰富详实的信息资料，在鸟类生态学研究领域具有极大的科学应用价值。具体实施方式下面结合附图进一步描述本实用新型的实施例：一种鸟类繁殖活动全自动监测系统，它主要由机箱19、巢内温度传感器7、巢内湿度传感器6、外界温度传感器10、外界湿度传感器1

10、2、光强传感器1、红外感应摄像头2、安装于机箱19内的电源适配器24、控制主板11和配装于控制主板11上的智能控制器构成。在电源适配器24内安装有一组可充锂电池23，所述的智能控制器是由MCU最小系统模块14、电源模块、输入/输出接口电路、巢内温度采集模块、巢内湿度采集模块、视频采集模块、外界温度采集模块、外界湿度采集模块、外界光强采集模块、数据处理存储单元电路21、运行参数自检模块15、蓝牙无线发射模块16、GPS位点发送模块17、GSM短信发送模块20和人机交互界面组成。人机交互界面包括用于监测鸟巢生态微环境气候（如光照强度、湿度、温度等）和视频的起始时间周期、记录信息存储以及复位功能设定

11、的显示器13和键盘22。所述外界温度传感器10、外界湿度传感器12是固定安装于机箱19顶板上并与控制主板11相连接；所述巢内湿度传感器6配装于巢内温度传感器7上并由温湿度数据线8连接于控制主板11；所述光强传感器1配装于红外感应摄像头2上并由视频光强数据线4连接于控制主板11，在视频光强数据线4的上端套装有金属护套蛇形软管3，其目的是通过可任意弯曲的金属护套蛇形软管3来调节红外感应摄像头2的角度位置并固定于正对鸟巢的最佳摄像角度位置处，对稳定提高视频录像的质量有明显效果。在机箱19上配装有能改善林区无线发送工作质量的拉杆式天线9。在实际生产制作时，可将外露的温湿度数据线8的表面、视频光强数据线

12、4及其上端套装的金属护套蛇形软管3表面、光强传感器1表面、红外感应摄像头2表面和机箱19表面刷涂成与环境相近的伪装色，增强设备的隐蔽性能，可极大地减弱对鸟类的干扰作用及降低设备被盗的风险。在机箱19上设置有防撬锁孔板18，在关闭箱门5后即可方便地用锁锁定机箱19，具有一定的防盗防撬安全性能。本实用新型是按照如下方式进行安装工作的：在找到目标鸟类的繁殖巢、待其至少产下第1枚卵后，采用插件或钢丝穿装于机箱19背板上设置的挂装扣件25即可将机箱19牢固安装于树干的底部位置，将配装有巢内湿度传感器6的巢内温度传感器7隐蔽插装于鸟巢底部，再将配装有光强传感器1的红外感应摄像头2固定安装于与鸟巢相近等高位

13、置的另一树枝上，用手弯曲视频光强数据线4上端套装的金属护套蛇形软管3即可调试红外感应摄像头2的角度并将其固定于正对鸟巢的最佳摄像角度位置处，至此完成设备安装。进行监测工作时，首先开启机箱19的箱门5、按下电源开关待智能控制器的各模块初始化后，即可在显示器13上校准所显示的年历日期和标准时间，所有监测信息资料均以此为基准时间，再通过人机交互界面操作键盘22设定对鸟巢生态微环境气候（如：光照强度、湿度、温度等）进行监测和视频的起始时间周期、记录信息存储、位点短信发送以及复位等功能。至此，本实用新型即开始进入自动监测工作模式：一巢内温度传感器7、巢内湿度传感器6采集探测的巢内温度、巢内湿度电信号由温

14、湿度数据线8输至控制主板11，再分别经巢内温度采集模块、巢内湿度采集模块输入MCU最小系统模块14进行计算处理后存入数据处理存储单元电路21。二. 外界温度传感器10、外界湿度传感器12采集探测的外界温度、外界湿度电信号输至控制主板11，再分别经外界温度采集模块、外界湿度采集模块输入MCU最小系统模块14进行计算处理后存入数据处理存储单元电路21。三.光强传感器1采集探测的光强电信号由视频光强数据线4输至控制主板11，再经外界光强采集模块输入MCU最小系统模块14进行计算处理后存入数据处理存储单元电路21。四.红外感应摄像头2拍摄的视频信号将由视频光强数据线4输至控制主板11，再经视频采集模块

15、输入MCU最小系统模块14进行计算处理后存入数据处理存储单元电路21。五.根据设定的工作程序，蓝牙无线发射模块16会将鸟巢内外微环境的光照强度、湿度、温度等气候信息和视频发送至监测中心工作站内，这时，监测中心工作站内的研究工作人员即可远距离地适时观察到鸟类自然繁殖活动的全过程并能全面获取鸟类繁殖期间巢内外生态微环境的气候信息资料。六.运行参数自检模块15会自动检测系统的运行状况，当运行参数自检模块15检测到设备系统发生故障时， MCU最小系统模块14会通过蓝牙无线发射模块16将故障类型代码发送至监测中心工作站，同时通过GSM短信发送模块20向设备管理维护人员发送短信告知故障类型代码，提醒维护人

16、员及时对设备进行修复工作。当运行参数自检模块15检测到设备发生整体位移（即发生设备被盗走）时，MCU最小系统模块14会通过GPS位点发送模块17向监测中心工作站发送被盗设备的位点信息，有利于研究人员及时找回失窃的控制器设备。应用实施例为了验证本实用新型的使用效果，现给出应用实施例如下：应用实施例一监测对象：灰胸薮鹛繁殖巢监测地点：四川省宜宾市某野外林区监测时间：2014年5月05日至5月26日我们在四川省宜宾市某一野外林区，将正处于孵卵期的一灰胸薮鹛繁殖巢作为监测对象，于2014年5月05日将监测设备固定安装于筑有鸟巢的树干底部位置，将配装有巢内湿度传感器6的巢内温度传感器7隐蔽插装于灰胸薮鹛

17、的鸟巢底部，再将配装有光强传感器1的红外感应摄像头2固定安装于与鸟巢相近的另一树枝上，对红外感应摄像头2调试角度使其固定于正对鸟巢的最佳摄像角度位置处。然后打开设备的电源开关待智能控制器的各模块初始化后，通过人机交互界面校准年历日期和标准时间并设定进行监测记录的项目、时间周期后，设备即进入自动监测工作模式，经检查无误后关上箱门5用锁锁定，研究工作人员随即从现场撤离回到监测工作站内。研究工作人员在监测工作站内能远距离地适时观察到灰胸薮鹛进行孵化繁殖活动的全过程并能接收获取灰胸薮鹛巢内外微环境的温度、湿度以及光照强度等气候信息资料。图1为灰胸薮鹛繁殖巢的内外温度变化曲线。由本曲线可以清楚地识别并明

18、确区分出灰胸薮鹛的孵化期、孵化日、育雏期和出飞日等不同繁殖阶段。图1 灰胸薮鹛繁殖巢的内外温度变化曲线应用实施例二监测对象：四川山鹧鸪繁殖巢（n=10）监测地点：四川省宜宾市某野外林区监测时间：2014年3月26日至6月25日参照“应用实施例一”所述方式进行操作，首次获取了四川山鹧鸪这一我国特有珍稀濒危鸟类大量的繁殖视频资料。分析表明：天敌是导致四川山鹧鸪繁殖失败的主要因素。通过红外感应摄像头拍摄到的天敌包括豹猫、鼬獾、黄腹鼬、红嘴蓝鹊及某些鼠类等，这为进一步深入研究该鸟类的生态生物学及其濒危机制提供了宝贵的视频信息资料。如图2所示，一只红嘴蓝鹊正准备盗食四川山鹧鸪的卵。同时，我们也获取了四川山鹧鸪对孵化温湿度要求的关键数据，为未来开展人工驯养繁殖夯实了研究基础。图2红嘴蓝鹊正准备盗食四川山鹧鸪的卵（视屏截图）综上所述，本实用新型提出的鸟类繁殖活动全自动