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国外专题研究—保护地新技术应用

来源:中国风景名胜区协会


近年来,电子技术的迅猛发展带动了旅游产业的发展,越来越多的新技术被应用到景区的保护管理与旅游展示中,大大提升了景区管理运营的效率和游客的游览体验。这些新技术主要包括物联网、GIS(Geographic Information System,地理信息系统)、VR(Virtual Reality,虚拟现实技术)、AR(Augmented Reality,增强现实技术)及大数据技术等。


(一)新技术助力生物多样性保护



在刚果共和国的戈朗巴国家公园(Garamba National Park)内,日渐减少的动物数量和日益复杂的偷猎者行为推动了一场专业化的野生动物保护斗争。此外,卷入刚果和邻国南苏丹的各种冲突的武装组织也摧毁了该公园野生动物的繁衍。21世纪初,武装组织在这里杀死了最后一头北白犀牛,其他动物也被大量捕杀。只有不到十分之一的大象还停留在20世纪70年代的记录中。戈朗巴国家公园的大象数量急剧下降,从1976年的22,000只下降到1995年的11,000只,现在已不到1,200只。2015年至2017年间,有300只大象丢失。如果以这种速度继续下去,大象将在不到10年内在当地灭绝。

“武装冲突加剧了管理保护区的困难,”非洲国家公园网络组织的反偷猎信息协调员Naftali Honig谈到。“这些武装组织在我们的公园里游行一千公里去猎杀大象。我们用地理信息系统(GIS)来分析他们是如何到达这里的。”护林员的足迹很难覆盖数千平方英里的面积,来抓住这些罪犯。而地理信息系统和传感器的应用,将对提高公园内外偷猎和武装组织行动的识别发挥越来越大的作用。‍

通过地理信息系统,戈朗巴国家公园可以分析和监测大象的移动路线(这些大象佩戴遥感项圈,让护林员能够有效追踪到它们的位置)、该地区牧民的季节性活动、野火在区域范围内的变化等。

刚果自然保护研究所及其合作伙伴非洲国家公园组织通过采取增强空中监视的力度,使用遥感技术定期向地面工作人员提供情况更新;与刚果共和国武装部队协作,更新护林员装备;掌握地理空间信息及管理公园等措施,在保护公园和打击偷猎行为方面取得了进展。

荷兰动物保护组织ShadowView 和Internet of Life共同开发了一款名为“智能公园”的远程广域检测系统。卢旺达阿卡迦拉国家公园(Akagera National Park)的护林员利用它实时监测动物、游客和设备。“智能公园”的开发者表示,与无线电不同,该系统可以改变信号的频率并加密发送数据,从而使网络更具封闭性,保障系统的安全。除此之外,该系统的开销更小,并且能帮助管理人员监测433平方英里的园区。动物追踪技术既能够帮助科学家研究濒危动物,也能够拦截偷猎者的非法捕猎行为。该网络在公园周围的最高点设立12座信号塔,安装100个太阳能传感器来发送恒定的信号。传感器可以检测旅游车辆和工作人员的位置,或者检查围栏和其他基础设施的状况。

国际动物基金会的工作人员Faye Cuevas表示,智能公园系统能够帮助我们保护野生动物。但是,高科技不是保护野生动物的万金油,更为重要的是我们如何分析系统收集的数据来更好的进行野生动物保护。在偷猎和保护的竞赛中,科技能够帮助保护人员领先一步,挽救更多无辜的生命。

在泰国岗卡章国家公园(Kaeng Krachan National Park),护林员正尝试将空间监测和报告工具(Spatial Monitoring and Reporting Tool,简称SMART)引入园区。SMART是一款可帮助衡量、评估和提高在特定地点的野生动物执法巡逻和实施保护活动的有效性的程序。它为有效地收集、分析和报告这些地点的偷猎工作提供最佳模式,使管理人员能够确定需要注意的热点问题。当前,SMART在全球50个国家的600多个自然保护区(包括世界遗产地)内广泛使用,并已成为保护监测和管理的全球标准模式。

越南昆嵩省的朱门雷国家公园(Chu Mom Ray National Park)在公园管理方面采用GIS(Geographic Information System,地理信息系统)技术,成功实现了有效防控森林火灾事故并减少非法砍伐。在该公园内,护林员通过利用来源于GIS卫星图的数据库,对森林资源进行监察和控制。与此同时,护林员使用APP及时检测森林野火及其有关违规行为。自使用该技术以来,公园的非法砍伐事故减少了近93%,违规行为减少了57%。

东北虎在中国一直面临着灭绝的风险。受人类活动增加、森林砍伐、栖息地退化等多种因素的影响,野生东北虎种群及其栖息地不断缩小,自2012年至2015年期间,有关部门在中国境内通过野外红外相机仅监测到不到30只野生东北虎个体。野生东北虎处于食物链顶端,它们的生存状态是反映整个生态系统是否健康的一项重要指标。世界自然基金会(WWF)与合作伙伴在东北虎栖息地保护、反盗猎以及保护地野外环境监控等方面,持续做着努力。通过野外监控,可以对整个生态系统的生物多样性、栖息地变化进行分析,有效地发现问题,找到科学的解决办法,控制和减缓环境的恶化,在自然保护和社会发展中寻求平衡点。

2018年7月,英特尔携手WWF启动“东北虎保护——端到端人工智能监控系统”的开发,助力野生动物保护朝着数字化、智能化方向发展。英特尔端到端人工智能系统,由野生动物保护智能抓拍相机和云端数据处理及监控服务软件组成。

新开发的野生动物保护智能抓拍相机,首次采用边缘计算和云计算相结合的设计理念,搭载的英特尔 Movidius人工智能视觉处理芯片(VPU),实现了对前端智能算法的支持,极大提升了处理效率。由专为野生动物适配及训练的深度卷积神经网络对视频帧进行逐层特征提取,最终计算出目标位置与置信度,实现对东北虎的精准识别抓拍。通过前端智能抓拍,系统自动筛选出符合要求的东北虎照片,缓解后期分辨图片和视频的人力负荷。云端的大数据还可以对老虎个体的踪迹、活动范围、栖息地特征、相关有蹄类动物及人活动的分布进行分析,自动生成有价值的分析报告,协助开展野生动物的状态监测和保护。

护林员可以通过手持终端或野外智能抓拍相机上传海量图片,利用服务器完成高效的图像内容的识别和分析,并通过数据挖掘,在海量数据中发现动物踪迹和行为规律,助力自然保护地珍稀野生动物的保护。


(二)虚拟技术的应用


随着互联网技术的发展,人与物相连的物联网技术进一步成熟和普及,越来越多的景区引进VR/AR技术,成为景区提质增效的有效途径。

英、德的两家公司曾在欧盟资助下协作开发了一款智能导游软件,用以促进文化旅游发展。该软件以AR技术为基础,通过声光与影像,虚拟重构出历史遗迹,让它们重现昔日辉煌。当游客身处某一景点时,只需用手机摄像头对准眼前古迹或废墟,手机里的全球定位系统和图像识别软件就能判断位置,从游客所在的视角,在手机上显示该处古迹在全盛时期的样貌,还能展示遗址上残缺部分的虚拟重构。如游客来到罗马圆形竞技场,就能从手机里看到角斗士格斗的画面,随着游客走动,手机上的画面还能自动变化,如同行走在过去一般。此外,利用AR技术,游客还可以与这些重构出的历史遗迹合影。游客可与虚拟角色进行交互,而虚拟角色可以是任何卡通、艺术形象,甚至是真人实物。这款智能软件吸引了游客,加深了游客与景区的互动,也更加生动形象地推广了景区。

博物馆是公园建设要求中的重要一环,也是实现公园科普目的不可或缺的一部分。实体博物馆是目前最普及的展示方式,而随着科技的发展和游客游览需求的不断提升,实体博物馆的一些劣势逐渐显露,如展出形式单一、参观时间地点受限等等。针对这些问题,数字博物馆这一新概念逐渐由理论转为现实。

数字博物馆大致分为两种模式,一种是将现实中的实体博物馆数字化,参观者可以在网上实现游览实体博物馆的体验。另一种是搭建新的展示框架,将部分展品以3D建模或照片形式录入数字博物馆内,游客可在网上浏览数字展品,经过数字建模的展品甚至可以实现360度全方位的参观,同时还能在页面上获得更多更丰富的展品扩展信息和相关知识链接。

近年来,专家们越来越多地将虚拟技术与地质遗迹相结合,使地质遗迹数字化。地质遗迹的数字化分为两部分,一部分是地质遗迹解说的数字化。游客在地质遗迹景观处扫描二维码,通过手机或平板电脑查看其详细的解说内容、不同时间段不同角度的景观美景,并获得相关地学知识的扩展阅读链接。第二部分是挑选重点地质遗迹,制作其形成的动画。地质遗迹的形成一般都需要经过漫长的时间变迁,单纯通过文字讲解进行科普,游客理解起来比较困难。将地质遗迹的形成过程制作成动画,直观且生动,游客可通过手机、平板电脑等电子设备下载APP观看,直观地了解地质遗迹的形成过程。AR技术将抽象的地学知识直观地呈现在游客面前。如通过AR技术对火山喷发场景、恐龙等已灭绝的动植物等的复原,使游客感受这些正常情况下无法体验的场景,获得更好的科普体验和效果。

在英国新森林国家公园(New Forest National Park),遗产专家利用高科技激光器修复名胜古迹。公园内的步枪射击场坐落在汉普顿岭的北部,其历史最早可追溯至19世纪。该射击场最初由8个射击点组成,这一地点最早记录在1897年的第二版地形测量地图上。如今,这里仅留有混凝土靶点、砖砌棚屋以及射击的小土丘。该步枪射击场被有关专家认定对生命体和游客安全构成危险,并决定拆除倒塌的倾斜屋顶。此外,射击场的棚屋也被认定为维修状况不佳,专家们决定对这一砖结构进行养护工作。在进行这些工作之前,专家们认为应详细考察记录该射击场,以便考古学家和历史学家今后能够回顾部分建筑在拆除之前是如何建造的。为此,新森林国家公园管理局和南安普敦大学的考古学家对该遗址及其周围环境进行了地面激光扫描调查。这种高科技的修复方法有助于将建筑结构以厘米精度记录在三维空间中,使研究人员能够在未来测量、分析甚至重新构建建筑的复制品。

我国的“再现圆明园”项目在大量复原研究工作的基础上对圆明园遗迹进行数字化建模,形成可视化产品,并通过VR、AR、位置服务(LBS)、物联网等技术为游客提供导览、互动体验等服务。“再现圆明园”基于圆明园现场导览应用系统,以海量历史文献及考古发掘采集的遗址信息为基础,数字化复原了圆明园多个历史时期的景区3D效果图,不仅展示空间概念,而且也展示了时间概念。游客只需通过一个下载至平板电脑中的APP,就可按图索骥在园内找到相应二维码进行扫描,景区图片随之即出。举起平板设备也可获取圆明园建筑朝向及视角变化,并呈现出特定的3D复原效果。考虑到圆明园在康熙、雍正和乾隆时期都曾进行过翻修,它还能够呈现出不同历史时期的复原效果。此外,工程师们还辅以动画、音频、视频以及微博等多媒体手段,如此一来,游客即使站在断壁残垣之上亦可穿越时空重返盛事时代的圆明园。


三、其他新技术应用


美国是最早提出智慧旅游概念的国家之一。2005年斯丁波滑雪场推出的游客定位装置反馈系统以及2006年宾夕法尼亚州波科诺山脉度假区引入的无线射频手腕带(RFID)系统开启了北美智慧旅游的尝试。游客佩戴RFID手腕带后不需携带钥匙和现金就可以在度假区内打开自己的房门、购买食物和纪念品以及进行游戏活动等,同时,手腕带也可作为游客的身份证明。

2014年,迪士尼乐园推出了智能可穿戴设备“魔法手环”,这个为游客量身打造的手环,不仅能够帮助游客实现轻松入园、便捷支付、打开酒店房门等功能,还能够管理游客在乐园中游玩的计划路线、定位家人在园中的位置等,使游玩变得更加安全舒心。

加拿大工作室Moment Factory在位于魁北克省的Coaticook峡谷森林公园内打造了世界上第一座投影灯光森林“幻光森林”(Foresta Lumina)。工作室应公园要求,以擅长的光影效果改造森林,注入魔幻元素。行人道四周设置了彩色的LED照明系统,每株植物散发出点点光芒,在魔幻的音乐配衬下,以图像投影诉说森林远古的神话传说,让人体验古老的神秘感。工作室巧妙提取了原住民传说的神秘色彩,融合自家拿手好戏——光影制作,跳出了生态旅游的原有局限,令人看到森林除了用风光如画作卖点以外的另一种可能,一种以艺术为旅游带来多重感官体验的可能。

部分内容摘自于:
(李同德,辛蔚,刘丹,翟林.地学旅游与地质公园中的新技术应用.北京清华同衡规划设计研究院.IUCN官网.英国国家公园官网.非洲公园组织官网.英特尔商用频道.搜狐网.)