开源应用程序追踪并绘制动物活动

追踪和绘制动物迁徙模式对于野生动物和不断扩大的人类足迹之间的平衡共存至关重要。有了迁徙模式和栖息地的数据，城市规划者和自然保护者就可以指导开发和建设项目，平衡野生动物种群和人类社区的需求。

俄亥俄州立大学土木、环境和大地测量工程教授 Gil Bohrer 花了数年时间构建分析动物运动数据的工具，包括环境数据自动轨迹注释 (Env-DATA)，以将遥感数据与动物轨迹联系起来。他和他的团队创建了可视化图像来展示动物的运动。

他说：“大家都很喜欢它。”

2011 年 Env-DATA 推出后，拥有动物数据的研究人员经常找到他，请求他帮助构建分析工具和动画。因此，当 NASA 生态预测计划为 Bohrer、开发人员 Justine Missik 和用户拓展专家 Sarah Davidson 共同努力，使数据分析能够供追踪动物活动的用户社区使用，Bohrer 拥有丰富的经验。

Bohrer 组织了一个最终用户联盟，并推出了漫游空间：黄石公园至育空地区的野生动物迁徙 (Room2Roam：https://ceg.osu.edu/Y2Y_Room2Roam)。该计划的目标是为该地区建立全面的动物迁徙数据档案，为野生动物和资源管理的研究和实际应用提供宝贵的资源。利用这些数据，Room2Roam 可以构建工具来改善野生动物管理，评估保护区的有效性，评估野生动物的迁徙和活动，并优先考虑黄石至育空地区 (Y2Y) 野生动物走廊的保护策略。

野生动物走廊是一条通道或连接的天然保护区，使动物能够在适宜的栖息地之间移动，而人类的发展可能会将这些栖息地分割开来。野生动物走廊为动物提供了安全的迁徙路线，它们可以在觅食地和繁殖地之间迁徙时找到食物和庇护所。

Y2Y 野生动物走廊是世界上最大的野生动物走廊之一，从美国西部的大黄石生态系统延伸至加拿大育空地区的北极圈，绵延 2100 多英里。根据黄石至育空地区保护计划，该地区横跨美国五个州、加拿大两个省、两个加拿大领地以及至少 75 个原住民领地。这片广阔的土地上有山地、森林和草原生态系统，为灰熊、驯鹿、狼和金雕等众多鸟类提供栖息地。

Room2Roam 动物追踪数据存储在 Movebank 上，这是一个用于托管和访问从附着在动物身上的传感器收集的动物运动数据的全球平台。Movebank 网站由 Max Planck 动物行为研究所、北卡罗来纳自然科学博物馆和康斯坦茨大学于 2008 年推出，目前包含全球超过 60 亿个地点。超过 4,300 名参与者贡献数据。

从历史上看，资助的项目主要关注研究论文等学术成果。另一方面，Room2Room 则优先考虑从业者的需求，Davidson 表示，他同时也是 Movebank 的数据管理员和 Room2Roam 的协调员。

这种新方法使得 Room2Roam 直接涉及最终用户。在他们的第一次用户会议上，Bohrer 和 Room2Roam 项目领导人会见了来自野生动物走廊工作的机构和保护组织的近 40 名代表，以收集为该地区开发工具的反馈。最重要的请求之一?可视化

“每个人都希望他们的数据能够变成动画，”Bohrer 说。构建工具

Bohrer 一直在使用 MATLAB 为他的工作创造可视化效果。他与 MathWorks 接洽，希望为 Room2Roam 项目提供资金并进行合作，因为他知道 MATLAB 能够应对这一挑战。“我们需要 MATLAB 的计算能力来处理大量的动物运动和遥感数据，”他说。

两年后，Room2Roam 推出 ECODATA-Animate(https://ecodata-animate.readthedocs.io/en/latest/)。该应用程序采用 MATLAB 构建，可帮助研究人员创建叠加在地理地图和动态环境观察上的动物运动定制动画。该应用程序无需 MATLAB 许可证即可离线运行，研究人员可以在他们的笔记本电脑上运行它，包括在没有互联网访问的远程位置。

Bohrer、Missik 和 Davidson 使用 MATLAB App Designer 和 Mapping Toolbox 设计了 ECODATA-Animate。为了可视化野生动物场景，该应用程序使用四种主要数据类型：地理、动物运动、环境和位置细节，如道路和名称。它还可以包括用户提供的 GIS 格式的地图，例如计划的未来开发的地图。MATLAB 将这些多个数据层组合成一个集成地图。“这是一个很大的优势，”Bohrer 说。“大多数其他工具都不会这样做，因为这并不简单。MATLAB 可以让你非常轻松地处理它。”

研究人员和野生动物管理人员渴望利用他们的数据做更多的事情而不是创建静态地图，但对于没有强大编码背景的研究人员来说，基于数据创建视频或动画通常很困难。但借助 ECODATA-Animate 图形用户界面，研究人员可以在几分钟或几小时内轻松创建生动的动物动作动画。Room2Roam 终端用户研讨会的研究人员对他们能够如此快速地将数据转化为易于理解的动画感到惊讶。

“第一天结束时，一位参与者找到组织者说，‘我刚刚拍摄了这部我研究了 20 年的树林的电影，’”Bohrer 说。

数据变得生动

ECODATA-Animate 使动物研究人员、公园管理部门、野生动物管理人员、土地管理人员和其他监测动物活动和栖息地的利益相关者受益。交通、卫生和农业等政府机构对追踪动物活动也有既得利益。

在西北地区，研究人员使用多物种动画来说明不同野生动物对道路的反应。驯鹿会避开，这可能会导致种群分裂，而野牛则会沿着路线行走，这会增加车辆相撞的风险。

“道路对这两个物种都有影响，但是影响方式完全不同，”Bohrer 说。

动画可以帮助这些不同的利益相关者更好地理解和传达不同物种的行为模式和可持续性要求。

Davidson 说：“观看一分钟的电影可以决定人们是否理解修建野生动物天桥的必要性。”

用户友好的 ECODATA-Animate 界面用于上传和制作动物跟踪数据动画。上传的跟踪数据将自动填充字段的内容，并且可以更新它们以优化动画中包含的内容。(图片所有权：俄亥俄州立大学)

Bohrer 教授在 GitHub 和 MATLAB File Exchange 上分享了 ECODATA-Animate 应用程序和代码。

Roam2Roam 团队开发出该工具后，NASA 资助的另一个目标就是将这些工具提供给世界各地处理动物数据的团体和研究人员。尽管仍处于早期阶段，但自从 Bohrer 在 GitHub 和 MATLAB File Exchange 上分享该应用程序及其背后的代码以来，ECODATA-Animate 的影响力正在迅速扩大(点击阅读原文，获取该代码)。

“我们正在采用开放科学的方式来开发和共享这些工具，”Davidson 解释道。“这让我们能够加速应用和科学用途的信息交换。”

由于浓厚的兴趣，Room2Roam 团队成员为想要了解更多有关使用这些工具的研究人员和从业人员社区进行了 30 多场演讲和研讨会。其中包括阿冈昆至阿迪朗达克 (A2A) 合作项目，与Y2Y类似的团体。A2A 保护着一条横跨美国东部和加拿大的 40,000 多平方英里的野生动物走廊。

Bohrer 看到了 ECODATA-Animate 的其他应用。他希望增加对其他类型观察数据的支持，例如康奈尔鸟类学实验室运营的众包鸟类观测数据库 eBird。他还希望为基于位置的数据类型(例如相机陷阱)创建分屏动画，让用户可以单击相机陷阱中的某个数据点，在一个屏幕上查看相机突发的视频，在另一个屏幕上查看所有相机位置的数据地图。他计划使用 MATLAB 工具(例如 Wavelet Toolbox)来扩展应用于动物运动数据的分析类型。

详细的全球视野Bohrer 曾经听过美国宇航局的某个人解释说，你无法观察到任何地方的任何东西，但你也无法观察到任何地方的一切。换句话说，大多数研究人员将观察范围限制在微小区域，而一些更大规模的研究，例如卫星，则以更广泛但更粗略的方式观察整个地球。将这两个量表结合起来可以揭示出我们对世界的新见解。

“我们需要以某种方式将所有这些点观察结合成一幅整体图景，”Bohrer 说。“如果没有开放数据共享，这一切都不会发生。”更多地共享动物行为数据的一个动机是，标记和追踪动物需要付出巨大的努力——例如从直升机上跳下来给驯鹿戴项圈。来之不易的数据常常被存放在研究人员的笔记本电脑或一些锁定的存储库中。

为了解决这个问题，Bohrer、Missik 和 Davidson 确保 ECODATA 工具是免费和开源的，但使用它们不需要向任何人透露敏感的运动数据。通过使用通用数据和工具降低数据处理、综合和共享的障碍，ECODATA-Animate 有助于开启由数据驱动的洞察全球范围内动物运动和环境变化的时代。这些见解可以发表出来。

Bohrer 说：“如果 50 年后开放档案中不再有数据，那么数据就会消失，我们全面了解世界的机会也会随之消失。”