虚拟围栏项圈与传统GNSS项圈的静态评估：跨栖息地精度与准确性的比较研究

本研究针对传统GNSS（全球导航卫星系统）项圈成本高昂的问题，对比了虚拟围栏（VF）项圈（Nofence）与常规Lotek LiteTrack 420项圈在静态条件下的定位性能。研究人员通过3天实地测试发现，Nofence项圈在精度上显著优于传统项圈，尤其在森林栖息地中表现更稳定，且能连接更多卫星信号。该研究为低成本双用途（虚拟围栏与动物追踪）技术提供了实证支持，对精准畜牧业（Precision Ranching）和生态研究具有重要意义。

　　

在可持续畜牧业和生态保护领域，如何高效追踪自由放牧动物的空间分布一直是关键挑战。传统GNSS（Global Navigation Satellite System）项圈虽能提供动物位置数据，但高昂成本限制了大规模应用。与此同时，虚拟围栏（Virtual Fencing, VF）技术的兴起为动物管控提供了新思路，但其配套的GNSS功能是否足以替代专业定位设备尚不明确。加拿大阿尔伯塔大学的研究团队在《Animal Biotelemetry》发表论文，首次系统评估了Nofence VF项圈与传统Lotek LiteTrack 420项圈的定位性能差异。

研究团队在阿尔伯塔省金斯勒研究牧场展开为期3天的静态测试，通过分层随机设计将36个样地（草地、灌丛、森林）分配给12个Nofence项圈（含2021/2022两个版本）和12个Lotek项圈。所有设备悬挂于70厘米高度模拟牛颈位置，每60分钟人工晃动防止休眠。定位数据以RTK（实时动态测量）校正点为基准，分析精度误差（重复测量一致性）和准确性误差（与真实位置偏差），并考察栖息地类型、卫星数量等因素的影响。

结果分析

硬件性能对比
Nofence项圈展现出显著技术优势：

• 卫星连接数达15.3±1.1颗，是Lotek项圈（6.7±1.7颗）的2.3倍
• 水平精度衰减因子（HDOP）仅为0.71±0.06，显著低于Lotek的1.61±1.01
• 整体精度误差（4.98米）比Lotek（8.75米）提升43%

栖息地差异
森林环境对两类项圈均产生显著干扰：

• 森林中Lotek精度误差飙升至8.69米，而Nofence仍保持5.18米
• 准确性误差在森林中最高（7.57米），灌丛（5.40米）与草地（5.48米）无差异

时间动态

• 次日数据误差显著增加，可能与阴雨天气有关
• 森林中Lotek项圈在11:00-12:00出现异常峰值（图2A），而Nofence表现稳定

结论与意义

该研究证实Nofence VF项圈能提供优于专业GNSS项圈的定位数据，其双用途设计（虚拟围栏+动物追踪）和低廉成本（仅Lotek价格的20%）为畜牧业和生态研究带来突破：

1. 经济性：初始成本340加元，配合月费<10，大幅降低研究门槛
2. 生态应用：高频定位数据有助于揭示牲畜栖息地选择规律，优化放牧管理
3. 技术启示：多卫星系统（GPS+GLONASS）集成是提升性能的关键

值得注意的是，森林覆盖仍会使误差增加2-3米，且依赖蜂窝网络的特点可能限制其在偏远地区的使用。未来研究需进一步验证动态佩戴时的性能表现。这项成果为精准畜牧业（Precision Ranching）提供了可靠的技术选项，也为虚拟围栏技术的多场景应用奠定了科学基础。