黄杰是中科院水生生物研究所的博士研究生。今年夏天，这样一幅图景在他的脑海中定格：他穿着防水裤，站在鄱阳湖里的小船上或是泥沼中，举着几米高的“特制鱼竿”，眼睛紧盯着水面，耐心“捕鲸”。

黄杰手持信号接收天线“簿鲸”

他所要“捕捉”的鲸，是长江中目前惟一还存活的鲸类——长江江豚。当然，黄杰并不是真的要抓到一头长江江豚。而是要用手中的“特制鱼竿”——信号接收天线，来捕捉从江豚身上的LoRa信标发射出的信号。

长江江豚，是世界上唯一一个且相对独立的江豚淡水种群，仅在我国长江中下游干流及洞庭湖和鄱阳湖中有所分布。1996年长江江豚被国际自然保护联盟物种生存委员会（IUCN SSC）列为濒危物种。2012年长江淡水豚考察结果显示，目前长江江豚的种群数量仅余约1040头，比大熊猫还稀有。2013年IUCN SSC将长江江豚的保护等级升级为“极危”。

长江江豚徜徉在在长江中

种群动态模拟结果显示，如果长江中下游流域生态环境短期内得不到较大好转，长江江豚未来100年内灭绝的风险超过86%。

LoRa就是远距离无线电（Long Range Radio），它最大特点就是在同样的功耗条件下，信号比其他无线方式传播的距离更远——比传统的无线射频通信距离远3~5倍。

至于为何在江豚身上使用这项技术，其中还有一段曲折。

江豚追踪研究遇困

长江江豚，这种仅在我国长江中下游干流及洞庭湖、鄱阳湖中有所分布的小型齿鲸类动物，已经处于极度濒危的状况。但由于其生活在水下，出水时间极短，很难对它们进行定位和追踪。

“如何定位长江江豚以了解其生活习性、活动范围是保护的重要一步，这对于陆地上的生物很好实现，但对于主要在水下的江豚却难倒了全球的保护组织。”黄杰介绍说，江豚平均浮出水面只有0.81秒，传统装置难以定位、追踪。

小编了解到，在野保领域的追踪技术上，主流的定位信标是采用GPS或者北斗卫星系统定位，然后通过卫星系统或手机通信网络进行数据传输。不过，卫星信标定位设备的通信时间需要2~3秒，且每隔一段时间都需要进行卫星校准——这需要在水面长时间进行，才能保证定位的精度。考虑到长江江豚的平均出水间隔，理论上当前的卫星定位设备无法完成江豚的准确出水定位。

长江江豚出水（项目组拍摄）

“在过去5年，项目组尝试租用或者购买商用的各种卫星定位设备，在网箱养殖的江豚身上进行测试，都无法完成定位。”黄杰说，此外，由于卫星覆盖度有限，每天只有固定的时间才能够有效传输数据。而如果遭遇云层，卫星的通信还会受到较大影响，数据传输效果变差。

LoRa技术和“背心信标”解难题

此路不通，项目组开始不断寻找新的解决方案。功夫不负有心人，一个偶然的机会，项目组了解到了阿里云IoT事业部的LoRa物联网技术。

据阿里云loT事业部高级产品专家李国财介绍说，LoRa技术具有低功耗、长距离、开放组网等特性，通信芯片和网络所需功耗非常低，相对于无线网络，单基站的覆盖范围提升数十倍。更重要的是，借助LoRa物联网技术，信标和基站可以瞬间完成链接，在提高定位和跟踪精度的同时，还一举解决了数据传输的限制问题。

LoRa的这些特点，恰好符合长江江豚追踪研究项目的需求。随着LoRa技术纳入方案，项目得以顺利实施。

这里插播一下，项目得以顺利实施的另一大功臣是，项目组发明了可穿戴式的信标背心。这个发明，解决了传统信标无法在江豚这种小型水下动物身上固定的难题。最重要的是，这种可穿戴信标，避免了传统植入式信标（钩连在鲸鱼背鳍或其他部位）对水下动物的伤害。

2016年3月，美国国家海洋和大气局(NOAA)确认，一只罕见逆戟鲸在今年年初死于卫星追踪器造成的感染。尸检结果显示，真菌通过追踪器进入了这条逆戟鲸的血液中，引起的感染造成了死亡。于是NOAA暂时禁止了对濒危逆戟鲸进行卫星追踪的行为。这一报告也引起了学术界和鲸类保护研究学者的大讨论，越来越多的环保人士和科学家拒绝使用侵入式的跟踪设备。当前迫切的需要另外一种更安全，非侵入式的信标固定设备，这将是整个鲸类动物研究最重要的方向之一。

2017年4月底，由中科院水生生物研究所副研究员梅志刚负责、北京领先亿民电子产品有限公司与厦门四信通信科技有限公司共同配合的项目组，向农业农村部长江流域渔政监督管理办公室提交了在鄱阳湖开展长江江豚定位跟踪研究的请示。今年5月中旬，项目获得通过，并获批“立即实施”。

在阿里云的技术支持下，项目组很快搭建了LoRa野保系统——整个系统由无侵入式江豚穿戴式LoRa信标、LoRa定位基站，以及江豚踪迹分析服务器组成。项目中，LoRa信标以每2秒钟向外周期性发射江豚编号，安装于江豚活动湖域旁边的LoRa定位基站接收到信标的周期性信号后，通过4G网络上报到服务器。服务器通过解析获得的江豚编号，便可以得出江豚的位置等信息。

LoRa野保系统示图

惊动了部长和省委书记

项目组于2018年5月27日至6月6日，在江西省余干县瑞洪镇康山河段捕捞挑选2头合适的雄性江豚，准备开展长江江豚的定位跟踪实验。在此期间，项目组研制了自动接收基站，并在阿里云端服务器开发了信号实时接收和显示软件。6月6日，所有的20个基站分别布设在预定的航标柱或者航标船上。

2018年6月7日，江西省委书记刘奇和农业农村部部长韩长赋参与实验，并亲自放归2头实验动物。动物释放后，背负信标工作正常，基站通讯良好，并自动开始进行动物的跟踪。

穿上“背心”的两头雄性江豚

两头江豚释放之后，实验人员每天开船进行跟踪监测，均拍摄到两头动物一起活动，并且它们融入了周边的大群江豚群体。动物背负信标出水形态正常，游泳速度与周边动物无差异。直至16天后，动物信号完全消失（穿戴式信标安全脱落）。

随后项目组用无人机在最后出没水域进行了3天搜寻，未发现穿戴背心的江豚；近一个月以来，项目组委托鄱阳湖周边渔政及志愿者收集死亡江豚信息，也未发现穿戴背心的死亡江豚。这间接说明背心跟踪对动物安全无影响，可自行安全脱落，跟踪实验圆满结束。

22940分钟，100980次出水，这是第一次在野外环境下对长江江豚实行最长时间的安全追踪。通过追踪，研究人员发现了江豚大量生活习性。

“江豚有没有江、湖迁移行为？迁移的时间和路线是怎样的？迁移的规模有多大？这些谜团有望被逐个解开。”黄杰说，这将为如何划定长江流域的保护区、禁渔区，在江豚迁徙季节的线路上如何保护江豚等问题的解决提供重要参考。

“让LoRa像WiFi一样广泛应用”

在今年9月的杭州云栖大会上，使用LoRa技术保护江豚的项目获得了阿里云IoT极客创新挑战赛亚军。

项目获得阿里云IoT极客创新挑战赛亚军

“长江江豚的定位跟踪是我们在物联网行业中的第一步。以后我们会把物联网技术拓展到生活中的各个角落。”

李国财说，例如在菜鸟的物流园区，20万平方米的面积内，通过LoRa技术搭建的物联网络，可对园区内所有水电表、井盖、产品堆高、车辆通行，进行实时监控。“未来菜鸟所有的仓储物流网络，都会被阿里云IoT覆盖。”

基于长江江豚定位的技术还可以应用在针对被困人员的单兵救援黑匣子系统当中。项目组成员、从事物联网技术产品研发的北京领先亿民电子产品有限公司CTO刘晓康说，该系统可在人员发送被困信息后，脱离北斗或GPS系统，单机运行。特别是在水下、地下室、隧道等卫星信号无法覆盖的区域提供定位服务，为挽救生命提供第一手的位置保障。

具体的应用方式是，将长江江豚定位标签改制为嵌入模块，集成在救生衣当中，当发生落水事件后，定位模块自动开启工作模式，搜救人员可通过手持接收系统进行信号追踪定位。这种设备可用在水上娱乐项目、水利防汛物资储备救生衣、船舶运输等场景中。

定位标签可集成在救生衣中

目前，阿里云也在探索相关IoT技术在非洲大象以及四川保护区等更多野生动物保护项目上的应用。

在今年的阿里云栖大会上，阿里云IoT发布了可以上天入地的“LoRa天空物联网”，实现从40000米高空到地下20米的联网覆盖，可在海洋、森林等人类难以到达的场景下应用，支持更多的野生动物保护、森林保护等业务。

阿里云用天空物联网服务云栖大会

“LoRa技术可以解决物联网连接中长距离、低功耗问题，最高接收灵敏度可达-148dBm，可以主攻远距离低功耗的物联网无线通信市场。”阿里云IoT的Link WAN产品负责人贝乔对小编说，阿里云IoT的Link WAN平台支持LoRa的自由部署，“我们希望让LoRa像WiFi一样广泛应用，满足各种物联网需求”。