Использование спутниковой системы Argos для наблюдения за перемещениями животных

 

Спутниковая система определения местоположения и сбора данных Argos эксплуатируется уже в течение 30 лет в рамках сотрудничества государственных органов США, Франции, Европейского Союза и Индии. Оператором системы является французская компания CLS. В составе системы функционирует более 20 тысяч радиомаяков, 6 космических аппаратов, более 50 земных станций приема данных, 3 центра обработки информации. Радио-маяки, установленные на стационарные и подвижные объекты, передают на спутники краткие сообщения, содержащие служебную информацию и показания различных датчиков. Эти данные проходят необходимую обработку и предоставляются пользователям системы вместе с текущими координатами радиомаяков, рассчитанными на основе эффекта Доплера (точность от 250 м до 1.5 км). В том случае, если радиомаяк оснащен встроенным навигационным приемником, пользователь получает не только доплеровские позиции наблюдаемого объекта, но и его навигационные координаты (точность до 3 м).

Основные области применения системы Argos - наблюдение за морскими течениями и сбор данных о параметрах морской среды, метеорологические и климатологические исследования, изучение ледовой обстановки, контроль деятельности рыбопромыслового флота, наблюдение за миграциями животных. В настоящее время с помощью радиомаяков Argos и Argos/GPS отслеживаются перемещения более 7300 животных. Спутниковые исследования миграций животных активно развиваются и на территории России. Однако следует учитывать, что российские проекты часто реализуются в особых условиях: при низких температурах, в густых лесах, на сильно пересеченной местности, в зонах интенсивных электромагнитных помех. В связи с этим не всегда удается успешно использовать радиомаяки, выпускаемые западными производителями (Sirtrack, Telonics, Lotek). Приходится разрабатывать российское оборудование, адаптированное к сложным условиям эксплуатации. Ошейники Argos/GPS российского производства, предназначенные для наблюдения за наземными животными, отличаются от западных изделий рядом особенностей. Радиомаяк представляет собой моноблок, что значительно повышает его механическую надежность. Антенна передатчика полностью встроена в радиомаяк и не подвергается внешним механическим воздействиям. При снижении температуры окружающей среды до экстремальных значений радиомаяк временно отключается для поддержания электронных компонентов в работоспособном состоянии и предотвращения быстрого разряда батарей. Координаты, определяемые встроенным навигационным приемником, передаются в закодированном виде, что позволяет исправлять ошибки, возникающие при излучении данных из густого леса или из зон интенсивных электромагнитных помех. Если навигационному приемнику в течение длительного времени не удается определить координаты, радиомаяк переходит в режим передачи коротких сообщений, не содержащих навигационную информацию, а координаты животного определяются системой Argos только на основе эффекта Доплера.

Использование такого оборудования позволяет получать информацию о местоположении животных даже в тяжелых условиях эксплуатации. Это подтвердили результаты, полученные в рамках таких сложных работ как, наблюдения за тиграми, снежными барсами, белыми медведями, дикими северными оленями.

Развитие пространственной компоненты является неотъемлемой чертой современных зоологических исследований. Существует несколько подходов при характеристике местообитаний наземной фауны. Наиболее традиционный - метод визуальных описаний, предполагает полевую характеристику участков встреч в процессе маршрутных работ. Его разновидностью, при проведении стационарных исследований, является метод ключевых участков. Эти методы, вследствие их трудоемкости дают возможность охарактеризовать достаточно небольшие территории, не позволяя аналитику выйти на уровень выше зоогеографического района.

Анализ топографической информации, применяемый при расширении географических рамок зоологических исследований, малоинформативен, при характеристике факторов и условий среды обитания, а также при оценке динамики изучаемых территорий.

Космические снимки, как модели состояния изучаемой территории, могут быть использованы при анализе пространственных характеристик территорий обитания и миграции животных.

Что нового, по сравнению с традиционными подходами, дают технологии космической съемки при проведении зоологических исследований?

Во-первых - фиксацию состояния факторов окружающей среды контролирующих развитие изучаемой популяции животных, с обеспечением однородности и единовременности характеристик на больших пространствах.

Во-вторых - более точную и актуальную основу для пространственной экстраполяции данных полевых описаний и локальных ключевых исследований.

В-третьих - оценку динамичности среды обитания исследуемых видов или сообществ по сериям разновременных снимков.

В-четвертых - возможность контроля состояния среды обитания изучаемых видов, без постоянного пребывания в районе экспедиционных работ.

Также, нельзя не отметить развивающиеся в настоящее время возможности проведения подспутниковых экспериментов, при которых космический снимок фиксирует состояние района работ непосредственно в процессе проведения полевых изысканий, с учетом всех сезонно-фенологических особенностей, наблюдаемых исследователем повышая, тем самым, точность моделирования.

Космические снимки и результаты их обработки могут быть использованы в качестве информационных источников, характеризующих пространственные особенности среды обитания изучаемых животных. На основе серии космических снимков может быть проведен мониторинг обратимой и необратимой динамики среды обитания, уточнены и актуализированы границы потенциального ареала изучаемых видов и сообществ. В то же время, космические снимки не могут стать базовыми пространственными моделями распределения видов животных, так как по ним невозможно учитывать все факторы формирования и развития популяции, включая такие как влияние хищников и фактор беспокойства.

Появление ГИС-технологий, и обработки данных дистанционного зондирования (ДДЗ) дает возможность получать и анализировать происходящие изменения и получать новую информацию для целей экологического мониторинга и картографирования, в том числе зоологического мониторинга и составления зоологических карт.

Зоологический мониторинг. Для составления карт местообитаний животных необходима оценка современного состояния растительного покрова определенной территории, которая проводится по результатам обработки ДДЗ. Обработка спектрозональной информации может включать создание разнообразных комбинаций каналов съемки, подчеркивающих различные особенности территории, прежде всего растительность. Нами используются комбинации из каналов 5, 4 и 3 как наиболее удобные для изучения растительного покрова и анализа состояния лесных сообществ. Дешифрирование снимков выполняется в программном продукте ArcView 3.2 Image Analysis на основе имеющихся данных полевых исследований. Составленная с использованием спектрозональных снимков LANDSAT 7 карта современного состояния растительности отображает основные группы растительных ассоциаций. По результатам предварительного дешифрирования спутниковых снимков выделяются растительные сообщества исследуемой территории, на них выбираются пробные площадки, растительность которых отражала бы все разнообразие основных типов растительных сообществ характерных для лицензионного участка. На выбранных площадках проводятся зимние маршрутные учеты охотничьих животных. По результатам учетных работ выявляется видовой состав и плотность численности охотничье-промысловых животных. Выяснив плотность на выделенных биотопах, определяем площади местообитаний в пределах лицензионного участка. Суммируя обозначенные биотопы, получаем достоверную численность охотничьих животных на месторождении. В последующем при экологическом мониторинге разрабатываемого участка месторождения по результатам ДДЗ и учетным работам на выделенных биотопах можно следить за нарушением местообитаний животных и соответственно за изменением их численности. Таким образом, можно выявить динамику изменения численности животных на лицензионном участке, и в последующем по мере освоения месторождения оценить степень воздействия на ресурсы хозяйственно-ценных видов животных.

Определение площади зоны антропогенного воздействия. Решить проблему точности определения площадей имеющих различную геометрическую форму помогают ГИС-технологии. В процессе работы с картографическим материалом не возникает вопросов при определении площади самих объектов, которые в данном случае идентифицируются площадями земельного отвода. Задача состоит в том, чтобы по возможности более точно обозначить внешние границы зоны воздействия. Зная ширину этой зоны, не составляет труда определить искомую площадь. Применение ГИС-технологий позволяет, кроме того, учитывать неровности рельефа, " расправляя" складки местности, и тем самым, отражая реальные площади угодий, испытывающих антропогенное воздействие, что особенно актуально для горных территорий. В результате это позволит с большей точностью определить суммарное выражение воздействия, что необходимо для защиты экономических интересов охотпользователей. Это тем более актуально, когда речь идет об оценке размера экономических потерь охотничьего хозяйства в результате воздействия факторов антропогенной группы.

Афалина (Tursiops truncatus (Montagu, 1821) - социальное животное с высокой продолжительностью жизни и сложной иерархической структурой стада. В процессе жизни у каждого животного на теле, в частности, на спинном плавнике появляются естественные метки. Это могут быть следы от зубов других животных, царапины, порезы, пятна от грибковых инфекций, следы от столкновения с судами. В зависимости от глубины поражения эти следы могут исчезать со временем или оставаться на всю жизнь. Также афалины различаются по форме плавника. Все эти факторы в совокупности позволяют с помощью фотографии проводить индивидуальную идентификацию. Метод фотоидентификации широко применяется для изучения социальной структуры, поведения, пространственного распределения афалин в природе.

Для сбора данных необходимо делать серии фотографий животных с расстояния не больше 50-100 метров в зависимости от параметров оптики. Афалина должна быть сфотографирована в профиль, фотография не должна быть слишком засвечена или затемнена, чтобы хорошо просматривались детали окраски животного и контур спинного плавника. Обработку материала можно проводить с помощью компьютерных программ ACDSee и Darwin. Программа ACDSee позволяет отредактировать снимок для дальнейшего создания каталогов, фотографии сравниваются только визуально. Специализированная программа Darwin позволяет не только визуально сравнить два плавника, но анализировать форму контуров спинных плавников, учитывая различия в пространственном расположении. В ней заносится информация о месте, времени регистрации животного, его имя, о типе повреждения. Данная информация выдается в виде таблицы и фотографий. При создании базы проводится каталогизация плавников, основным критерием является место и степень повреждения. Плавники классифицируются на группы:

) с поврежденным контуром (зазубрины, срезы);

) с ровным контуром. В первом случае по меткам на контуре несложно определить животное и с правого, и с левого ракурса. Во втором случае достоверно можно сравнивать фотографии плавников только с одного ракурса. При характеристике плавников классифицируются повреждения в зависимости от зоны расположения: повреждения в верхней трети плавника (в передней части, в задней); в средней трети (в передней части, в средней, в задней); в нижней трети (в передней части, в средней, в задней). Оценивается форма плавника (ширина основания, высота, особенности контура). Среди распространенных типов меток - следы от зубов других афалин разной интенсивности, как на спинном плавнике, так и на теле, рваный задний край спинного плавника, порезы от орудий рыболовства. Важное значение имеет наличие депигментированных участков на теле. По результатам работ в 2009-2011 гг. в акватории северо-восточной части Черного моря в крымских прибрежных водах от м. Башенного до Керченского пролива на данный момент нами идентифицировано более ста афалин, из них 16 особей имеют депигментированные участки кожи и 1 афалина полностью белой окраски.

Низкая эффективность активных орудий лова в условиях разреженных скоплений осетровых на акватории Северного Каспия, привели к необходимости разработки учетных методов с использованием пассивных орудий лова. Идея использования показателя скорости перемещения рыбы в зоне действия учетного орудия лова для определения зоны облова высказывалась сотрудником КаспНИРХа А.И. Кушнаренко, в 1980 г. он установил для ряда частиковых рыб т. н. " скорость блуждания" (Кушнаренко, 2003). С осетровыми на акватории Каспия таких работ до сих пор не проводилось. Для исследований использовались радио - и ультразвуковые (УЗВ) метки. Исследования проводились в 2005 и 2006 гг. Мечение русского осетра и севрюги в 2005 г. проводили с использованием приемника МАП-71 с направленной акустической антенной АО-71М и ультразвуковых меток АРМ - 30-15-1 и АРМ-50-15-1 (ВНИРО, Россия). В условиях мелководного участка Северного Каспия дальность приема на разных участках варьировала от 0, 5 до 0, 8 км. Выпуск проводился в точках с координатами (N45 23.919 E49 04.022) и (N45 23.743 E49 03.951). Время наблюдения за отдельной особью осетра составляло от 4 до 19 часов, за севрюгой от 14 до 48 часов, что определялось погодными условиями.

В 2006 г. мечение осуществлялось с использованием радиометок наружного крепления F 2000 (ATS, USA) и приемника Advanced Telemetry Systems, Inc. USA (ATS) R2100. Выпуск проводился в точках с координатами (N45 04.729; E48 30.470) и (N45 05.847 E47 79.086). Дальность уверенного приема составила 1, 0-2, 5 км в зависимости от глубины участка. Средняя глубина участка по нашим замерам была 4, 5 до 5 м.

Отлов рыб для мечения производили сетями, выставляемыми с борта научно-исследовательского судна " Медуза" (КаспНИИРХ). После отлова рыбу транспортировали в резиновом резервуаре (1, 5´ 1, 5´ 1, 2 м, высота слоя воды 40 см) к месту выпуска. Мечение проводили непосредственно перед выпуском. Метку крепили на спину в средней части тела рыбы. Всего было помечено 10 осетров и 2 севрюги. Сразу после мечения рыбы вели себя одинаково. После выпуска они уходили от места выпуска на расстояние 10-15 м и отстаивались от 1 до 2 часов. Затем они начинали движение. Скорость движения особей относительно дна варьировала от 0, 3 до 0, 6 м/сек в зависимости от времени суток. Ночью она была максимальной - 0, 6 м/ сек. Севрюги сразу после мечения так же вели себя одинаково. После выпуска они отстаивались в непосредственной близости от судна в течение 10-15 минут. Затем они начинали движение, скорость которого относительно дна не превышала 0, 14 м/с в зависимости от времени суток. Все особи осетра и севрюги после выпуска стремились на север-северо-запад, что совпадало с направлением перемещения рыб, установленного по сетным постановкам в данном районе.

Исследования показали, что в условиях Северного Каспия при частых штормах основным методом слежения за рыбой является метод триангуляции с судна. Ограничением метода является короткая база судна, в результате чего при значительном удалении рыбы значительно возрастают ошибки определения ее местоположения. При штилевой погоде возможно слежение с использованием метода " наезда" с использованием моторной лодки.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: