對(duì)于保護(hù)主義者來(lái)說(shuō),高昂的相機(jī)設(shè)備成本是一個(gè)巨大的障礙，阻礙了他們監(jiān)測(cè)物種種群和行為的工作。Arribada以樹(shù)莓派為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且堅(jiān)固的套件無(wú)疑是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

如今，延時(shí)攝影和可遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)的監(jiān)控工具經(jīng)常用于保護(hù)，但早在2017年，當(dāng)Davies創(chuàng)立他的非營(yíng)利組織Arribada時(shí)，這些還是一種前沿技術(shù)。他熱衷于引起人們對(duì)不同棲息地和地區(qū)野生動(dòng)物受威脅的關(guān)注，于是著手開(kāi)發(fā)低成本的監(jiān)測(cè)工具，認(rèn)為設(shè)備成本不應(yīng)該成為拯救瀕危動(dòng)物的障礙。他制造并設(shè)計(jì)了多種保護(hù)觀察工具，從一個(gè)能夠檢測(cè)到動(dòng)物經(jīng)過(guò)并喚醒的相機(jī)陷阱，到一個(gè)能夠在某個(gè)特定動(dòng)物出現(xiàn)時(shí)發(fā)送警報(bào)的設(shè)備。

Davies創(chuàng)立了環(huán)境組織Arribada（這個(gè)名字的意思是“到達(dá)”，指的是海龜?shù)倪w徙和出生周期），旨在利用技術(shù)為環(huán)境做出積極貢獻(xiàn)。Raspberry Pi對(duì)于Arribada的野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)項(xiàng)目至關(guān)重要。

挑戰(zhàn)

Arribada需要一個(gè)堅(jiān)固、低成本的套件，可以在偏遠(yuǎn)地區(qū)使用，通常不需要人工干預(yù)。他們的第一個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)監(jiān)測(cè)綠海龜?shù)?a target="_blank">標(biāo)簽：該工具將顯示漁業(yè)活動(dòng)和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)這種瀕危物種的影響，并公開(kāi)討論可能需要為瀕危物種引入哪些保護(hù)措施。

為了追蹤海龜，Arribada的解決方案需要在生物游泳的深度是防水的，并且能夠在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下可靠地運(yùn)行。它還需要既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠又容易被當(dāng)?shù)匮芯繄F(tuán)隊(duì)獲得。

Raspberry Pi硬件為企鵝種群的遠(yuǎn)程監(jiān)控單元提供動(dòng)力

解決方案

一個(gè)Raspberry Pi Zero和Raspberry Pi 攝像頭模塊被裝在一個(gè)輕質(zhì)防水外殼中。這個(gè)裝置可以無(wú)害地附著在海龜?shù)臍ど希粉櫵诤Ｖ械男谐獭Ｔ撛O(shè)備可以捕捉照片、視頻和位置數(shù)據(jù)。

Davies解釋道：“一旦視頻錄制完畢，標(biāo)簽就會(huì)從海龜?shù)臍ど厢尫懦鰜?lái)，兩周后從水面上收回。這讓我們可以捕捉到雌性和雄性海龜?shù)男袨殇浵瘛?/span>”

監(jiān)測(cè)海龜?shù)囊粋€(gè)挑戰(zhàn)是，GPS定位標(biāo)簽只有在生物浮出水面時(shí)才有效，通常不到兩秒鐘。喚醒監(jiān)控設(shè)備以獲得三角定位不是很即時(shí)，因此Arribada開(kāi)發(fā)了自己的Horizon Assisted-GPS標(biāo)簽，作為基于Raspberry Pi Zero的套件的關(guān)鍵部分。

這個(gè)套件意味著不僅可以獲知海龜?shù)奈恢茫€可以判斷它們的行為。第一個(gè)烏龜標(biāo)簽是在人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)還處于起步階段時(shí)開(kāi)發(fā)的，但Davies說(shuō)，現(xiàn)在我們處于完全不同的空間了。“你可以想象在Raspberry Pi設(shè)備上為海龜運(yùn)行人工智能模型的好處：我們可以喚醒設(shè)備，捕捉場(chǎng)景，處理該場(chǎng)景，我們甚至可以讓設(shè)備做出一些智能決策，比如說(shuō)：這值得記錄嗎？應(yīng)該重新休眠，還是繼續(xù)保持喚醒狀態(tài)？”

除了決定是否繼續(xù)監(jiān)測(cè)某個(gè)地點(diǎn)，也許進(jìn)入睡眠周期并在一小時(shí)后再次醒來(lái)以查看發(fā)生了什么變化，使用Raspberry Pi的同時(shí)還提供了機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)。我們可以拿下這些模型，坐下來(lái)對(duì)它們進(jìn)行更多的訓(xùn)練，微調(diào)和審查視頻內(nèi)容。因?yàn)镽aspberry Pi非常實(shí)惠，所以我們可以以很低的成本完成所有這些工作。

這種方法開(kāi)始標(biāo)志著Arribada成為一個(gè)復(fù)雜的研究合作伙伴，保護(hù)組織正在"真正關(guān)注Edge ML即將做什么。我們?nèi)匀辉赗aspberry Pi上使用它。我們不僅僅只是用它來(lái)監(jiān)測(cè)海龜。"

還有些需要定制的解決方案。塞浦路斯就是這種情況，該國(guó)歷史最悠久的保護(hù)慈善機(jī)構(gòu)之一海龜保護(hù)協(xié)會(huì)（SPoT）熱衷于探索使用LoRa無(wú)線(xiàn)電通信來(lái)監(jiān)測(cè)捕魚(yú)活動(dòng)。

Arribada基于船只建立的LoRaWAN網(wǎng)關(guān)可以提供當(dāng)?shù)夭遏~(yú)活動(dòng)的詳細(xì)概覽,并報(bào)告任何可能影響該國(guó)海岸五個(gè)關(guān)鍵海龜繁殖地點(diǎn)的情況。要求在四個(gè)月后注冊(cè)SIM卡，這使得使用SIM卡進(jìn)行蜂窩通信很麻煩，因此采用了使用配有Raspberry Pi 4和Raspberry Pi Power-over-Ethernet HAT的LoRaWAN設(shè)置。這種設(shè)置還意味著船主不需要支付任何跟蹤系統(tǒng)的費(fèi)用。一個(gè)八米桿上的天線(xiàn)可以清楚地看到半徑15公里內(nèi)的任何漁船，提供了一個(gè)強(qiáng)大而可見(jiàn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

為什么是樹(shù)莓派？

Raspberry Pi已經(jīng)成為Arribada幾乎所有項(xiàng)目的基石。Davies解釋說(shuō),它一直是他使用的工具之一，“因?yàn)樗鼘?duì)于任何人來(lái)說(shuō)都是如此容易獲得和實(shí)惠。”“你總是與研究人員或當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)成員合作，他們與一個(gè)非政府組織合作，有一個(gè)具體的挑戰(zhàn)。我們就是被叫來(lái)用技術(shù)解決這個(gè)問(wèn)題的。他們總是會(huì)說(shuō),它必須是實(shí)惠的、可維修且方便修理的同時(shí)容易獲得的。”

Davies使用了各種Raspberry Pi HAT來(lái)創(chuàng)造所需的工具，但在2021年Raspberry Pi Pico推出后，他發(fā)現(xiàn)這種低成本的微控制器板板通常能提供解決方案。

結(jié)果

低成本的Raspberry Pi硬件也產(chǎn)生了很大的影響。此前，許多保護(hù)主義者需要的相機(jī)工具價(jià)格過(guò)高，以至于研究項(xiàng)目要么難以實(shí)現(xiàn)力，要么最終在范圍和影響上受到嚴(yán)重限制。通常，項(xiàng)目真正需要的套件數(shù)量無(wú)法獲得資金或無(wú)法維修和更換成本高昂，這意味著只能進(jìn)行一次監(jiān)控，而不是重復(fù)監(jiān)測(cè)，而無(wú)法跟蹤隨時(shí)間的變化。

Arribada的Raspberry Pi標(biāo)簽收集到的海龜影像有助于量化海龜?shù)臄?shù)量，同時(shí)也揭示了它們的產(chǎn)卵地點(diǎn)，加強(qiáng)了在一年中特定時(shí)期禁止進(jìn)入某些沙灘和沿海區(qū)域的論點(diǎn)——這對(duì)這種瀕危物種來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的保護(hù)措施。

防水或防風(fēng)雨外殼通常是套件中最昂貴的元素

使用現(xiàn)成的Raspberry Pi硬件（廣泛可用且易于更換或升級(jí)）來(lái)降低成本——這是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在大多數(shù)情況下,3D打印的防水外殼是每個(gè)套件中最昂貴的元素。與價(jià)值500英鎊的相機(jī)相比，使用價(jià)值不到50英鎊的Raspberry Pi相機(jī)模塊和Raspberry Pi Zero或Zero W就可以了。隨著新的Raspberry Pi相機(jī)硬件的推出,Arribada能夠大幅提高圖像和視頻捕捉能力。能夠部署更多的更加實(shí)惠的套件意味著可以覆蓋更廣闊的領(lǐng)域，并提供更準(zhǔn)確的種群估計(jì)。

Arribada還贏得了企鵝觀察項(xiàng)目，這是一個(gè)監(jiān)測(cè)世界不同地區(qū)企鵝種群的廣泛研究項(xiàng)目。Arribada的Python控制的Raspberry Pi相機(jī)設(shè)置至少比企鵝學(xué)家之前使用的商業(yè)相機(jī)便宜三倍。成本的降低意味著團(tuán)隊(duì)對(duì)監(jiān)控套件的放置地點(diǎn)的疑慮要少得多，對(duì)將設(shè)備留在原地進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控更加放松，因?yàn)橐恍┰O(shè)備將不可避免地受到損壞。

事實(shí)證明，該硬件對(duì)溫度具有令人印象深刻的彈性：在Arribada團(tuán)隊(duì)進(jìn)行維護(hù)訪(fǎng)問(wèn)之前，企鵝手表相機(jī)單元在南極洲度過(guò)了三個(gè)冬天。他們能夠檢索到三年的照片，并發(fā)現(xiàn)樹(shù)莓派設(shè)備已經(jīng)可靠地喚醒，每天拍攝一次照片，保存了每張圖像。這些記錄環(huán)境變化及其對(duì)企鵝種群的影響的照片日記直接為氣候變化和棲息地喪失的討論做出了貢獻(xiàn)。