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GPS動物追跡とは、生物学者、科学研究者、または保護機関が、全地球測位システム（GPS）とオプションの環境センサー、またはArgos衛星アップリンク、モバイルデータ電話、GPRSなどの自動データ取得技術、およびさまざまな分析ソフトウェアツールを使用して、自由に動き回る野生動物の比較的細かいスケールの移動や移動パターンを遠隔で観察できるプロセスです。[ 1 ]
GPS追跡装置は通常、あらかじめ定められた間隔で、または環境センサーからの割り込みに応じて位置データを記録・保存します。これらのデータは、装置の回収まで保持されるか、内蔵のセルラー（GPRS）、無線、または衛星モデムを使用して中央データストアまたはインターネット接続されたコンピュータに送信されます。その後、動物の位置はほぼリアルタイムで地図やチャート上にプロットしたり、後で軌跡を分析する際にGISパッケージや専用ソフトウェアを使用したりすることができます。
GPS追跡装置は、ペット、純血種の家畜、使役犬などの家畜にも装着されることがあります。飼い主の中には、ペットの行動範囲をジオフェンスするためにこれらの首輪を使用する人もいます。 [ 2 ]
GPSによる野生動物追跡は、サイズや重量にさらなる制約を課す可能性があり、展開後の充電やバッテリー交換、または装着位置の修正ができない場合があります。GPS対応システムから得られる高解像度の追跡データは、動物の行動や移動の詳細な研究を可能にするだけでなく、鳥インフルエンザのH5N1株などの動物由来の伝染病をより厳密に制御できる可能性もあります。[ 3 ]
動物テレメトリー[ 4 ]は、通常は電子機器を使用して、遠隔地の動物からデータを送信することと定義されます。従来のテレメトリー方法は、超高周波（VHF）無線追跡を使用していました。この方法では、研究者は受信機を使用して動物を追跡し、位置を特定する必要がありました。この方法は成功しましたが、面倒な作業でした。GPS動物追跡は、従来のテレメトリー方法よりも進歩したものと考えられます。この方法では、GPSデバイスが一定の時間間隔で正確な位置情報を送信します。
バイオロギング[ 5 ]は、動物の動きや行動を研究するためのより包括的なアプローチです。このアプローチでは、動物にデバイスを装着して、動きとその他の関連情報の両方を監視します。GPS追跡デバイスは主に動物の位置を特定するために使用されますが、バイオロギングデバイスは行動やその他の関連情報を特定するために使用できます。この点において、GPS追跡はバイオロギングシステムの一部とみなすことができます。GPS追跡とマルチセンサーデータ収集の違い
主に手動による追跡と直接観察に依存していた初期の野生生物モニタリング方法は、GPS動物追跡の開発の基礎となった。電子システムが開発される以前は、物理的なマーカーや目視による動物追跡を使用してデータ収集の範囲と精度が制限されていた。20世紀半ばには、野生生物無線テレメトリーとしても知られる超高周波（VHF）無線テレメトリーが動物の移動を研究するための主要な技術として取って代わった。[ 6 ]この方法では、研究者は動物に無線送信機を取り付け、携帯型受信機を使用して位置を特定することにより、現場で信号を物理的に追跡する必要があった。VHFテレメトリーは野生生物を研究する能力を大幅に向上させたが、労力がかかり、範囲と地形が限られており、空間分解能が比較的低かった。
20世紀後半に衛星追跡システムが導入されたことは、動物追跡技術における大きな転換点となった。1970年代に導入されたArgos [ 7 ]のようなシステムにより、科学者は衛星信号を用いて長距離にわたって動物を追跡できるようになった。初期の衛星追跡システムは、現代の基準と比較すると位置精度が比較的低かったものの、これらのシステムは主に、より重い発信機を装着できる大型動物に使用されていた。こうした制約にもかかわらず、衛星による動物追跡は、特に鳥類や海洋生物などの渡り鳥の世界的な動物モニタリングの基礎となった。
しかし、1990年代に全地球測位システム（GPS）技術が登場したことで、動物追跡システムにおいて大きな進歩が遂げられました。民生用GPS信号が利用可能になったことで、科学者たちは高精度な結果を提供できるGPSベースの動物追跡システムの開発に着手しました。初期のGPSベースの動物追跡システムは大型で重く、電力消費も大きかったため、当初は大型動物のみに使用されていました。その後、高度な技術の登場により、これらのシステムのサイズ、重量、消費電力は大幅に削減され、幅広い動物種に対して非常に効率的に使用できるようになりました。
21世紀の到来とともに、GPS技術を用いた動物追跡システムは、最新の通信システムとの統合により、さらに効率性が向上しました。これらのデバイスは、衛星ネットワークだけでなく携帯電話ネットワークを介しても信号を送信できるようになり、デバイスの回収を必要とせずにリアルタイム監視を効率的に行えるようになりました。バイオロギングデバイスの統合により、これらのシステムは幅広い研究機会を提供できるようになり、生態学、保全生物学、野生生物管理の分野において非常に重要なツールとなっています。
全地球測位システム（GPS）追跡は、野生生物保護の分野で最もよく使われる方法の1つです。[ 8 ]この方法では、全地球測位システムを使用して動物の移動、移動経路、生息地の利用状況を監視します。GPS追跡方法によって得られる空間的および時間的な解像度により、種の生存に不可欠な重要な生息地、移動経路、繁殖地を特定できます。この方法は、種の生息地に侵入することなく継続的な追跡の機会を提供するため、絶滅危惧種の保護に非常に役立つことがわかっています。
農業分野では、家畜の移動を監視するために動物用GPS追跡が使用されています。[ 9 ]これにより、動物の放牧パターンの管理に役立ち、牧草地で利用可能な資源の効率的な利用が確保されています。また、持続可能な農業慣行の採用も確保されています。[ 9 ] GPSデバイスは、通常病気や怪我の結果である動物の異常な行動の早期発見にも役立っています。これにより、動物の健康管理と作業の効率性が確保されています。
GPS追跡装置が利用されている分野の一つに、ペット、特に犬や猫など人間の伴侶となる動物の監視があります。これらの動物の監視にGPS追跡装置を使用することで、飼い主はペットが迷子になった場合に居場所を追跡することができます。[ 10 ]一般の人々の生活におけるGPS追跡装置の使用は、この技術が科学界や産業界以外でも利用可能であることを示しています。
GPS追跡装置が活用されている分野の一つに、ペット、特に犬や猫といった人間の伴侶となる動物の監視があります。これらの動物の監視にGPS追跡装置を使用することで、飼い主はペットが迷子になった場合でも居場所を特定することができます。一般の人々の生活におけるGPS追跡装置の利用は、この技術が科学・産業分野以外でも利用可能であることを示しています。
首輪装着は、対象動物の体型や行動が適切である場合の主要な手法です。追跡用首輪は通常、動物の首に装着されます（頭の周囲が首よりも大きいことを前提としています）[ 11 ]が、足首などの四肢に装着される場合もあります。首への装着に適した動物には、霊長類、大型ネコ科動物、一部のクマなどが含まれます。足首よりも足がはるかに大きいキーウィなどの動物では、四肢への装着がうまく機能します。 [ 12 ]
首輪の装着が不適切な場合、例えば首の直径が頭の直径を超える動物には、ハーネスの装着が使用されることがあります。この種の動物の例としては、豚やタスマニアデビルなどが挙げられます。ハイイロガン などの大型で首の長い鳥類も、対象者がタグを外すのを防ぐためにハーネスを装着する必要がある場合があります。[ 13 ]
直接装着は、鳥類、爬虫類、海洋哺乳類など、首輪を使用できない動物に使用されます。
鳥の場合、GPSユニットは鳥の飛行や水泳能力を妨げないように非常に軽量でなければなりません。この装置は通常、接着剤で鳥に取り付けるか、短期間の展開の場合はテープで固定します[ 14 ]。その後、鳥が換羽すると、この装置は自然に脱落します。
ワニやカメなどの爬虫類の場合、エポキシ樹脂（または同様の材料）を使用してユニットを動物の皮膚や甲羅に接着するのが最も一般的な方法であり、不快感を最小限に抑えます。[ 15 ]
アザラシ科やアシカ科などの海洋哺乳類に装着する場合、装置は毛皮に接着され、毎年の換毛期に自然に脱落する。ウミガメや海洋動物に使用する装置は、海水の腐食作用に耐え、最大200バールの圧力にも耐えられる防水性能を備えている必要がある。
その他の応用例としては、サイの追跡があり、その場合はサイの角に穴を開けて装置を埋め込む。他の方法と比較すると、埋め込み型送信機は、動物の大きな体が送信電力の一部を吸収してしまうため、通信範囲が狭くなる可能性がある。
テレメトリー・ソリューションズ社などが提供しているような、大型ヘビ用のGPS埋め込み型デバイスも存在する。
デューティサイクルスケジューリング - GPSデバイスは通常、動物の正確な位置に関するデータを記録し、デューティサイクルと呼ばれる所定の間隔で読み取り値を保存します。読み取り間隔を設定することで、研究者はデバイスの寿命を決定できます。連続的な読み取りはバッテリー電力をより早く消耗します。対照的に、読み取り間隔が長いと、より長期間の展開において解像度が低下する可能性があります。[ 16 ]
リリースタイマー - 一部のデバイスは、再捕獲や手動回収を必要とせず、設定した日時になると自動的に落下するようにプログラムできます。また、低電力無線受信機を搭載し、遠隔信号で自動リリースをトリガーできるものもあります。
GPSデバイスによって提供される位置データは、オープンソースのGRASSなどの地理情報システム（GIS）パッケージを使用して表示したり、 Generic Mapping Tools（GMT）、FollowDem（エクリンズ国立公園がアイベックスを追跡するために開発） 、 Maptoolなどのパッケージを使用してプロットしてワールドワイドウェブに表示できるように準備したりできます。
Rなどの統計ソフトウェアを使用すると、データを表示および分析することができ、行動パターンや傾向を明らかにすることができる。
GPS追跡装置は、Argosプラットフォーム送信端末（PTT）に接続されており、1978年から使用されている科学衛星システムであるArgosシステムを介してデータを送信できます。ユーザーは、Telnetを介してArgosから直接データをダウンロードし、生データを処理して送信された情報を抽出できます。[ 17 ]
アンテナの損傷により衛星アップリンクが失敗した場合、衛星アップリンク受信機を使用して、出力の低い送信をローカルで傍受できる可能性がある。[ 18 ]
GPS位置データは、GSM携帯電話ネットワークを介して、SMSメッセージまたはGPRSセッション上のインターネットプロトコルを使用して送信できます。[ 19 ] EPASTO GPSは、牛の追跡と位置特定に特化しています。
GPSデータは、短距離無線信号を介して送信され、専用受信機を使用して復号化される。
動物に装着されたGPS首輪は動物の行動に影響を与えると考えられていた。この理論は、アメリカの動物園で飼育されているゾウで検証された。彼らは、首輪を装着した場合と装着しない場合の両方のシナリオでゾウの行動を同時に調査したが、行動に変化は見られなかった。[ 20 ]
マントホエザルを対象に、GPSボールアンドチェーン首輪がサルの行動に影響を与えるかどうかを調べる研究が行われた。この研究では、首輪を装着したメスのホエザルと装着していないメスのホエザルのグループを観察した。首輪を装着したサルと装着していないサルの行動に有意な差はなかったが、研究終了後、サルに怪我があることがわかった。首輪がサルの首に損傷を与えており、1匹は軽い擦り傷と腫れがあり、他の4匹は首輪による深い切り傷があった。裂傷のあるサルのうち2匹は、首輪の上で組織が治癒していた。[ 21 ]
GPS動物追跡は衛星技術を使用して野生動物やペットのリアルタイムの位置、移動パターン、行動を監視し、研究、保護、ペットの安全に役立ちます。[ 22 ]
動物の追跡にインターネット接続機能を備えた首輪は、動物への影響を最小限に抑えるため、複数年にわたって使用できる設計が求められています。衛星追跡装置は、極めて遠隔地に設置されています。バッテリーの消費を抑えるため、この装置は必要な時だけ電源が入ります。GSM（携帯電話）技術は、接続可能な地域で広く利用されていますが、バッテリー消費量が非常に大きいという欠点があります。AppleのAirtagのような装置は、大容量バッテリーを搭載しているか、必要な時だけ電源が入る仕組みになっており、頻繁な充電が必要となる場合があります。
SigfoxやLoRaは、モノのインターネット接続を支える新しい技術です。これらの技術は、導入の容易さと驚異的な長距離通信により、遠隔地での導入が始まっています。動物追跡用首輪におけるこれらの技術の利点は、デバイスの形状サイズを最小限に抑えることができ、バッテリー寿命が大幅に延長されることです。Sigfoxはすでに南アフリカのクルーガー国立公園の大部分をカバーしており、レンジャーが小型の野生動物をより良く追跡できるようになっています。[ 23 ]
GPS追跡技術には、動物の追跡結果の精度に影響を与える可能性のある限界も存在します。追跡技術の限界の一つは、森林地帯や水中環境など、衛星信号が妨害または遮断される環境ではGPS追跡システムが機能しないことです。このような環境では、GPS追跡システムは追跡対象の動物の位置に関する結果を生成できないか、部分的な結果しか生成できない可能性があります。追跡技術の限界に加えて、動物の追跡結果の精度にも限界があります。追跡技術が最適に機能している場合でも、動物の追跡結果には多少の不正確さが生じる可能性があります。
一方、GPS追跡装置を動物追跡に利用する際の大きな制約の一つは、電力の確保である。ほとんどの追跡装置はバッテリー駆動であるため、動物の移動を追跡できる期間が限られる。特に装置を回収できない状況では、バッテリーの寿命が短いため、動物の移動に関する長期的な調査は困難となる。また、バッテリーの寿命とデータ収集頻度の間にはトレードオフの関係があるようで、頻度が高いほど動物の移動に関するデータは詳細になるが、バッテリーの寿命は短くなる。太陽光発電装置の利用は有効ではあるものの、環境要因によって制約を受けるようだ。
環境要因も、GPS動物追跡システムの性能に影響を与える可能性があります。急峻な谷、崖、植生などの地形の特徴は、システムから受信するデータの品質に問題を引き起こす可能性があります。過度の曇り、雨、その他の大気擾乱などの気象条件も、システムから受信するデータの品質に影響を与える可能性があります。[ 24 ]このような要因により、異なる動物の生息地から受信するデータの品質にばらつきが生じる可能性があります。
GPSを用いた動物追跡は、動物福祉や研究方法に関して倫理的な懸念を引き起こします。場合によっては、動物追跡装置が動物の行動に影響を与えたり、危害を加えたりする可能性があります。特に、装置が動物の体格に比べて大きい場合はその傾向が顕著です。動物追跡装置が動物福祉に及ぼす影響を最小限に抑えるため、研究者は遵守すべきガイドラインを定めています。さらに、動物追跡を伴う研究は倫理委員会の承認を得なければなりません。