追蹤和繪制動物遷徙模式對于野生動物和不斷擴(kuò)大的人類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)開發(fā)和建設(shè)項(xiàng)目，平衡野生動物種群和人類社區(qū)的需求。

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

他說：“大家都很喜歡它?！?/p>

2011 年 Env-DATA 推出后，擁有動物數(shù)據(jù)的研究人員經(jīng)常找到他，請求他幫助構(gòu)建分析工具和動畫。因此，當(dāng) NASA 生態(tài)預(yù)測計劃為 Bohrer、開發(fā)人員 Justine Missik 和用戶拓展專家 Sarah Davidson 共同努力，使數(shù)據(jù)分析能夠供追蹤動物活動的用戶社區(qū)使用，Bohrer 擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

Bohrer 組織了一個最終用戶聯(lián)盟，并推出了漫游空間：黃石公園至育空地區(qū)的野生動物遷徙 (Room2Roam：https://ceg.osu.edu/Y2Y_Room2Roam)。該計劃的目標(biāo)是為該地區(qū)建立全面的動物遷徙數(shù)據(jù)檔案，為野生動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)建工具來改善野生動物管理，評估保護(hù)區(qū)的有效性，評估野生動物的遷徙和活動，并優(yōu)先考慮黃石至育空地區(qū) (Y2Y) 野生動物走廊的保護(hù)策略。

野生動物走廊是一條通道或連接的天然保護(hù)區(qū)，使動物能夠在適宜的棲息地之間移動，而人類的發(fā)展可能會將這些棲息地分割開來。野生動物走廊為動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找到食物和庇護(hù)所。

Y2Y 野生動物走廊是世界上最大的野生動物走廊之一，從美國西部的大黃石生態(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)計劃，該地區(qū)橫跨美國五個州、加拿大兩個省、兩個加拿大領(lǐng)地以及至少 75 個原住民領(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、狼和金雕等眾多鳥類提供棲息地。

Room2Roam 動物追蹤數(shù)據(jù)存儲在 Movebank 上，這是一個用于托管和訪問從附著在動物身上的傳感器收集的動物運(yùn)動數(shù)據(jù)的全球平臺。Movebank 網(wǎng)站由 Max Planck 動物行為研究所、北卡羅來納自然科學(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 60 億個地點(diǎn)。超過 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議上，Bohrer 和 Room2Roam 項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)人會見了來自野生動物走廊工作的機(jī)構(gòu)和保護(hù)組織的近 40 名代表，以收集為該地區(qū)開發(fā)工具的反饋。最重要的請求之一?可視化

“每個人都希望他們的數(shù)據(jù)能夠變成動畫，”Bohrer 說。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)對這一挑戰(zhàn)?！拔覀冃枰?MATLAB 的計算能力來處理大量的動物運(yùn)動和遙感數(shù)據(jù)，”他說。

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態(tài)環(huán)境觀察上的動物運(yùn)動定制動畫。該應(yīng)用程序無需 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，包括在沒有互聯(lián)網(wǎng)訪問的遠(yuǎn)程位置。

Bohrer、Missik 和 Davidson 使用 MATLAB App Designer 和 Mapping Toolbox 設(shè)計了 ECODATA-Animate。為了可視化野生動物場景，該應(yīng)用程序使用四種主要數(shù)據(jù)類型：地理、動物運(yùn)動、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，例如計劃的未來開發(fā)的地圖。MATLAB 將這些多個數(shù)據(jù)層組合成一個集成地圖?！斑@是一個很大的優(yōu)勢，”Bohrer 說。“大多數(shù)其他工具都不會這樣做，因?yàn)檫@并不簡單。MATLAB 可以讓你非常輕松地處理它?！?/p>

研究人員和野生動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，但對于沒有強(qiáng)大編碼背景的研究人員來說，基于數(shù)據(jù)創(chuàng)建視頻或動畫通常很困難。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內(nèi)輕松創(chuàng)建生動的動物動作動畫。Room2Roam 終端用戶研討會的研究人員對他們能夠如此快速地將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為易于理解的動畫感到驚訝。

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

數(shù)據(jù)變得生動

ECODATA-Animate 使動物研究人員、公園管理部門、野生動物管理人員、土地管理人員和其他監(jiān)測動物活動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)對追蹤動物活動也有既得利益。

在西北地區(qū)，研究人員使用多物種動畫來說明不同野生動物對道路的反應(yīng)。馴鹿會避開，這可能會導(dǎo)致種群分裂，而野牛則會沿著路線行走，這會增加車輛相撞的風(fēng)險。

“道路對這兩個物種都有影響，但是影響方式完全不同，”Bohrer 說。

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

用戶友好的 ECODATA-Animate 界面用于上傳和制作動物跟蹤數(shù)據(jù)動畫。上傳的跟蹤數(shù)據(jù)將自動填充字段的內(nèi)容，并且可以更新它們以優(yōu)化動畫中包含的內(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)隊開發(fā)出該工具后，NASA 資助的另一個目標(biāo)就是將這些工具提供給世界各地處理動物數(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，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)。

“我們正在采用開放科學(xué)的方式來開發(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 多場演講和研討會。其中包括阿岡昆至阿迪朗達(dá)克 (A2A) 合作項(xiàng)目，與Y2Y類似的團(tuán)體。A2A 保護(hù)著一條橫跨美國東部和加拿大的 40,000 多平方英里的野生動物走廊。

Bohrer 看到了 ECODATA-Animate 的其他應(yīng)用。他希望增加對其他類型觀察數(shù)據(jù)的支持，例如康奈爾鳥類學(xué)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營的眾包鳥類觀測數(shù)據(jù)庫 eBird。他還希望為基于位置的數(shù)據(jù)類型(例如相機(jī)陷阱)創(chuàng)建分屏動畫，讓用戶可以單擊相機(jī)陷阱中的某個數(shù)據(jù)點(diǎn)，在一個屏幕上查看相機(jī)突發(fā)的視頻，在另一個屏幕上查看所有相機(jī)位置的數(shù)據(jù)地圖。他計劃使用 MATLAB 工具(例如 Wavelet Toolbox)來擴(kuò)展應(yīng)用于動物運(yùn)動數(shù)據(jù)的分析類型。

詳細(xì)的全球視野Bohrer 曾經(jīng)聽過美國宇航局的某個人解釋說，你無法觀察到任何地方的任何東西，但你也無法觀察到任何地方的一切。換句話說，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地球。將這兩個量表結(jié)合起來可以揭示出我們對世界的新見解。

“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?！叭绻麤]有開放數(shù)據(jù)共享，這一切都不會發(fā)生?！备嗟毓蚕韯游镄袨閿?shù)據(jù)的一個動機(jī)是，標(biāo)記和追蹤動物需要付出巨大的努力——例如從直升機(jī)上跳下來給馴鹿戴項(xiàng)圈。來之不易的數(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庫中。

為了解決這個問題，Bohrer、Missik 和 Davidson 確保 ECODATA 工具是免費(fèi)和開源的，但使用它們不需要向任何人透露敏感的運(yùn)動數(shù)據(jù)。通過使用通用數(shù)據(jù)和工具降低數(shù)據(jù)處理、綜合和共享的障礙，ECODATA-Animate 有助于開啟由數(shù)據(jù)驅(qū)動的洞察全球范圍內(nèi)動物運(yùn)動和環(huán)境變化的時代。這些見解可以發(fā)表出來。

Bohrer 說：“如果 50 年后開放檔案中不再有數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)就會消失，我們?nèi)媪私馐澜绲臋C(jī)會也會隨之消失。”