如何利用树莓派推动Arribada野生动物监测项目的发展

通过Raspberry Pi Zero和相机模块捕获的一帧画面

高昂的相机设备费用对保护主义者来说是一个巨大的障碍，妨碍了他们对物种种群及行为的监测。Arribada项目推出的基于树莓派的经济实惠且坚固的监测工具，无疑标志着一个重要的转折点。

近年来，延时摄影和可远程访问的监控工具在保护工作中愈发普遍，但在2017年Davies创立Arribada时，这些技术依然处于起步阶段。他的目标是提高人们对栖息地和野生动物面临威胁的关注，因此开发了低成本的监测工具，认为设备成本不应成为拯救濒危动物的障碍。他制造并设计了多种监测工具，从能够检测动物经过并触发的相机陷阱，到能在特定动物出现时发出警报的设备。

Davies创立的Arribada环保组织旨在利用技术为环境作出积极贡献，而Raspberry Pi正是其野生动物监测项目的核心。

面临的挑战

Arribada需要一个坚固且低成本的套件，能够在偏远地区运行，且通常无需人工干预。他们的首个项目是监测绿海龟，该工具旨在揭示渔业活动和人类活动对这一濒危物种的影响，并公开讨论针对其保护可能采取的措施。

为了追踪海龟，Arribada的解决方案必须是防水的，且能在生物游泳的深度可靠运行，同时又要经济实惠，便于当地研究团队获取。

Raspberry Pi硬件为企鹅种群的远程监控单元提供动力

创新的解决方案

一个Raspberry Pi Zero和Raspberry Pi 摄像头模块被安装在一个轻质防水外壳中。这个装置可以安全地附着在海龟的壳上，追踪它们在海洋中的活动，记录照片、视频和位置信息。

Davies解释道：“一旦视频录制完成，标签将从海龟的壳上释放，并在两周后从水面上回收。这使我们能够捕捉到雌性和雄性海龟的行为。”

监测海龟的一个挑战在于，GPS定位标签仅在生物浮出水面时有效，通常持续不到两秒钟。唤醒监控设备以进行定位并不是即时的，因此Arribada开发了基于Raspberry Pi Zero的Horizon Assisted-GPS标签，这成为解决方案的关键部分。

这个系统不仅可以获知海龟的位置，还能分析它们的行为。第一个海龟标签是在人工智能和机器学习刚刚起步时开发的，但Davies表示，现今的技术已显著进步。“想象一下在Raspberry Pi设备上运用人工智能模型的优势：我们可以唤醒设备，捕捉场景，处理该场景，甚至可以让设备做出智能决策，比如：这值得记录吗？应该进入休眠状态还是继续监测？”

除了判断是否继续监测某一地点，设备也可选择进入休眠，并在一小时后再唤醒，查看状况变化。使用Raspberry Pi还带来了机器学习的优势，团队能够下载模型并进行更多训练、微调和视频内容审核。由于Raspberry Pi的低成本，我们可以以极低的花费完成这些工作。

这种方法标志着Arribada逐渐成为一个复杂的研究伙伴，保护组织开始“真正关注Edge ML即将做的事情。我们仍在Raspberry Pi上使用它。我们不仅仅是用它来监测海龟。”

树莓派驱动的相机单元监控南极洲的企鹅

一些解决方案仍需定制。以塞浦路斯为例，该国最古老的保护组织之一海龟保护协会（SPoT）积极探索使用LoRa无线电通信来监测捕鱼活动。

Arribada基于船只建立的LoRaWAN网关，能够详细报告当地捕鱼活动，并监测可能影响国家五个关键海龟繁殖地点的情况。由于要求在四个月后注册SIM卡，这使得使用SIM卡进行蜂窝通信变得复杂，因此采用了配备Raspberry Pi 4和Raspberry Pi Power-over-Ethernet HAT的LoRaWAN系统。这种设置还使船主无需支付任何跟踪系统费用。一个八米高的天线可清晰地覆盖半径15公里内的渔船，提供了一种强大且可视化的监测系统。

为什么选择树莓派？

Raspberry Pi已成为Arribada几乎所有项目的基础。Davies表示，这一直是他所使用工具之一，“因为它对于任何人来说都非常容易获得且经济实惠。”他总是与研究人员或当地社区合作，解决特定的挑战。他们总是强调，解决方案必须具备成本效益，易于维修，并且便于获取。

Davies利用了多种Raspberry Pi HAT来创建所需的工具，但在2021年Raspberry Pi Pico推出后，他发现这种低成本的微控制器板通常能提供良好的解决方案。

项目成果

低成本的Raspberry Pi硬件产生了显著的影响。之前，许多保护主义者所需的监测设备价格过高，导致研究项目难以实现，或在范围和影响上受到严重限制。常常，项目急需的设备数量无法获得资金，或因维修和更换费用过高而无法替换，这使得只能进行一次监测，而无法进行持续的监测以追踪时间变化。

Arribada的Raspberry Pi标签收集到的海龟视频数据有助于量化海龟数量，同时揭示了它们的产卵地点，进一步支持了在特定时期禁止进入某些沙滩和沿海区域的必要性，这对保护这种濒危物种至关重要。

防水或防风雨外壳通常是套件中最昂贵的元素

利用现成的Raspberry Pi硬件（广泛可用且易于更换或升级）降低成本，成为了一个转折点。在大多数情况下，3D打印的防水外壳是每个套件中最昂贵的元素。与价值500英镑的商业相机相比，使用价值不到50英镑的Raspberry Pi相机模块和Raspberry Pi Zero或Zero W显然具有巨大优势。随着新一代Raspberry Pi相机硬件的推出，Arribada显著提升了图像和视频捕捉能力。能够部署更多经济实惠的套件，意味着可以覆盖更广泛的区域，并提供更准确的种群估计。

Arribada还赢得了企鹅观察项目，这是一项监测全球不同地区企鹅种群的广泛研究。Arribada的基于Python控制的Raspberry Pi相机设置，比之前企鹅学家所使用的商业相机便宜了至少三倍。成本降低使得团队对监测套件放置地点的顾虑大为减少，能够更放松地将设备留在原地进行远程监控，因为一些设备不可避免地会遭受损坏。

Raspberry Pi硬件展现了出色的温度适应能力，Arribada团队在进行维护访问之前，企鹅监测相机在南极洲成功度过了三个冬天。团队能够检索到三年的照片，发现树莓派设备能够可靠地唤醒，每天拍摄一张照片，保存每一张图像。这些记录环境变化及其对企鹅种群影响的照片，直接参与了气候变化和栖息地丧失的讨论。