科技大補帖
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以科技協助保育,
避免石虎路殺的「路殺預警系統」
2024.09.20

蔣雅郁/國立臺灣大學機械系副教授。名下六隻貓、四隻狗,還有數目不定的蟑螂流竄在生活中。

 

✤ 生物多樣性研究所在 2011 年成立臺灣動物路死觀察網,邀請公民科學家回報野生動物路殺事件,作為改善動物路死狀況及環境教育的資料庫。

✤ 為了減少石虎路殺事件,蔣雅郁團隊設計「路殺預警系統」,製造車輛與石虎在相遇前之前的時間差,以避免路殺。

✤ 此系統以 AI 感測石虎、鼬獾、白鼻心等目標,在牠們靠近道路時給予聲光刺激,暫時降低牠們靠近道路的意願,已成功阻止多次路殺。

 

在臺灣這座生態資源豐富的島嶼上,人類和野生動植物共享有限的生存空間。隨著都市的開發及人口密度增長,愈發密集的道路切割了動物的原生棲地,使牠們不得不來回穿梭在人類的住家、商店、工業區間覓食、求偶或遷徙。於是人與動物之間的衝突愈來愈頻繁,首當其衝的就是原本居住在淺山地帶、生活範圍與人類經濟活動高度重疊的中小型哺乳動物,例如白鼻心(Pagumalarvata taivana)、鼬獾(Melogale moschatasubaurantiaca),還有宛如動物明星般數度造成社會熱議的石虎(Prionailurus bengalensis)。

石虎不但是臺灣特有種,更是具指標性的「保護傘物種」(umbrella species)——若能滿足石虎的生存環境需求,則該環境也能滿足其他許多物種的需要。換言之,只要石虎的保育工作得當,維護原生物種的生物多樣性就不再只是夢想。

 

如何減少石虎路殺事件?

儘管農業部(舊稱為農業委員會)早在 2008 年就將石虎列為瀕臨絕種保育類動物,但石虎的路殺事件仍未見減少。2011 年,農業部生物多樣性研究所(舊稱為特有生物研究保育中心)發起公民科學計畫,並成立了「臺灣動物路死觀察網」(TaiwanRoadkill Observation Network, TaiRON,又稱路殺社),請各地民眾回報他們目擊的路殺事件,作為改善動物路死狀況及環境教育的資料庫。截至 2022 年底,路殺社公布的石虎路殺資料為 131 筆,以苗栗的 88 筆為首,而後依序為南投 25 筆、臺中 14 筆及彰化 4 筆,全都發生在中臺灣的淺山地區,對比現今僅存 500 隻左右的石虎族群來看,是不容忽視的數字。

過去的保育工作多著重於棲地環境與生態習性的調查,對於偶然發生的路殺事件缺乏積極性的配套辦法。目前可被歸類為路殺防治的措施包含建造生態廊道或動物通道,提供動物由道路以外的路徑通行,或架設圍網以引導動物走向前述通道、避免動物走上路面等。但這些做法皆高度受制於地形,並非每條靠近馬路的獸徑都能裝設,因此主要的措施還是在路殺熱點路段設立警告號誌、提醒駕駛人減速,或對一般用路人進行車輛安全宣導。雖然這些靜態手段在一定程度上緩解了路殺問題,但效果仍相當有限。

 

▲圖一:石虎可能出沒地帶道路旁的警示牌。圖片來源/作者提供

 

建造「路殺預警系統」

有沒有更有效的做法可以減少石虎的路殺事件呢?筆者在閱讀多篇路殺相關報導後,歸納出事件特性,並做出以下假設:路殺的主因是駕駛人車速過快,或是行進中的駕駛人/動物因視線被道路旁的物體遮蔽,而未能及時看見對方,導致反應時間不足、無法閃避,所以只要在雙方相遇前減緩車速、製造出時間差,就能避免路殺。

因此,筆者與當時指導的大三學生基於工程科技的概念,設計出一套簡單但有效的「低成本車流車速量測系統與緩速預警平臺」,包含開放原始碼的單晶片微控制器連接雷射與感測器收發裝置,可統計路殺熱點的車流與車速,作為未來預先判斷路殺熱點的重點背景資料,更是後來「路殺預警系統」的雛形。由於這些設備在運用上都需要架設於道路周邊,所以我們也與全臺所有公路的主責單位交通部公路總局合作,逐步形成「中部友善道路改善計畫」,希望為中部淺山地區野生動物的交通安全盡一分心力。

臺三線卓蘭段的鯉魚潭觀光路段是居民通勤、運送貨物及農產品的重要聯外道路,同時也是石虎世代生活的場所,路殺事件也因而頻繁地發生。為了減少牠們遭路殺的可能性,生物多樣性研究所在此架設圍網,讓沿山壁而上的野生動物繞道而行,並將涵洞布置成生物廊道,減少動物們在路上與車輛接觸的機會。此靜態路殺防治的優勢場域也就成了路殺預警系統實測的絕佳地點,且用來驗證預警系統與其他生態友善設施相輔相成之下的功效。

由於石虎群體常出沒的中部淺山地區道路狹窄而蜿蜒,因此團隊以無線通訊技術串連起各項設備,降低空間與距離可能造成的障礙,再搭配當地的生物通道及圍網,組合成一套低成本、高機動性的路殺預警系統。系統主要可分為三個部分:車速偵測、AI 動物感測,以及對駕駛人/動物雙方面的警示。當 AI 動物感測系統感應到目標物種,如石虎、鼬獾、白鼻心等中小型食肉目哺乳類動物靠近道路時,會依不同物種的生物習性給予聲音或光線等不同刺激。在路上有車輛超速奔馳時,暫時降低牠們靠近道路的意願,或藉此引導牠們改走動物通道。同時,系統也會在道路的資訊可變標誌(changeable message sign, CMS)上投放「前方有石虎/鼬獾/白鼻心出沒」等訊息,提醒駕駛人放慢車速,可說是野外專用的紅綠燈(圖二)。

 

▲圖二:資訊可變標誌上顯示的警語。圖片來源/作者提供

 

相較於單純地在路旁架設警示牌,主動式預警系統具有環境互動性,能讓駕駛人、道路、周邊生態產生緊密連結感,使駕駛人認知到「減速」不是為了免受裁罰才勉強去做的消極行為,而是自己有意識的舉動,且此舉能對環境產生決定性的正面影響——因為我及時減速,現在有一隻石虎平安回家了——這對駕駛人而言該是多麼難能可貴的體驗!在野生動物可以安全地跨越路面抵達目的地、駕駛人也無須全程保持低速行駛的狀況下,對「用路人」雙方的不便都將降到最低,達到人跟動物都安全用路的目標,形成一種積極且可長久運作的路殺預防策略,也達到團隊設計系統的初衷。

在此系統中,每當路面有車輛靠近、AI 動物感測也辨識出目標物種時,它就必須及時告知動物此刻不宜靠近路面,而我們採用聲音及光線刺激作為「紅燈」。在一般情形下,動物接收到上述刺激後,可能會出現向前靠近刺激源(趨前)、往刺激源的反方向後退(趨避)與無影響等三種反應。如果出現的反應是前二者,表示利用聲音、光線刺激可以有效引導動物改變原來的行為,意即阻止牠們踏上將有車駛來的馬路。為進一步了解目標物種們對聲音、光線的反應,團隊與生物多樣性研究所針對收容中的石虎跟鼬獾進行實驗。有趣的是,實驗結果顯示鼬獾對光線的反應大於對聲音的反應,石虎則剛好相反;因此我們就知道若要阻止鼬獾上路就要對牠閃燈,要請石虎留步就要對牠「鳴笛」了!當然,這些聲光刺激都只會在車與動物有可能在路上相遇時才會啟動、作用時間也非常短暫,以確保動物們不會因為習慣了這些「干擾」使生理系統的運作失效,也不會影響牠們的日常生活。

 

以科技保育野生動物,創造共存共榮

路殺預警系統於 2019 年春天上線後,截至 2020 年底共成功避免了 22 隻/次的石虎、數百隻/次白鼻心與鼬獾路殺(圖三)。其中一隻/次石虎在案場路段正要穿越道路時啟動了聲光波緩速裝置,自動相機也詳實記錄下牠調頭遠離路面的畫面,為整個系統的運作留下絕佳的示範影片。此預警系統的成功,也讓生物多樣性研究所石虎保育團隊選定於當地野放傷救石虎,系統也在 2020 年 3 月拍攝到頸部戴有追蹤項圈的清晰野放石虎影像:這隻石虎打算過馬路時,注意力被預警系統發出的聲音、光線短暫地吸引,因而延緩了踏上路面時機,避開與高速來車碰撞的可能(圖四)。這些難得的影像都能提供給研究保育機構利用,藉此了解動物野放後的生態並找出更好的保育方法。

 

▲圖三:2019 年 5 月~2020 年 12 月間系統阻止的石虎、鼬獾及白鼻心路殺次數。資料來源/作者提供

 

▲圖四:生物多樣性研究所野放的石虎啟動了聲光波裝置,照片由預警系統拍攝。圖片來源/作者提供

 

這些成功經驗在 2019~2020 年間陸續吸引國內外媒體與生態專家的注意,也刺激了後續針對高速公路隱形動物閘門、防石虎入侵雞舍裝置、車載型動物避裝置等討論與研究。然而,此系統並非無限制開發山區道路的護身符,而是一種現況下的積極補救方案。這些成果也揭示了在追求生態永續性的目標下,科技發展與保育可以相輔相成,而不必彼此競爭、互相排斥。隨著科技日漸滲透進我們的生活中,如何將革新的腳步轉化成環境永續與生態多樣性的積極成果,是保育工作所面臨的挑戰與契機。任何發明都應該實地應用、對社會有所貢獻,因此團隊在與交通部合作時,就將臺灣路段使用的交通控制中心 V3 通訊格式融入系統中,未來便可以大規模整合到全臺的所有路段。

即使路殺預警系統有著高度適用性,未來可以針對高速交流道預防流浪貓狗誤闖、金門歐亞水獺(Lutra lutra)保育等進行應用,產值極高,但團隊同意放棄申請專利的權利,以免限制這個技術與概念的開展。團隊將原始韌體、設計圖與規格等資訊毫無保留地交付給交通部,並期許這些開源的技術與概念有助於將預警系統增設到更多地點,使更多用路人與野生動物受惠。希望這樣的跨領域合作能將科技引入保育,成為維持生態永續性的新工作方向,使人類與動物能長遠地和平相處、共存共榮。

 

 

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本文轉載、修改自《科學月刊》2023 年 10 月