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“無人機+熱成像”技術助力野生動物調查

來源: 新華網 發布時間:2019-07-31 10:21:00 編輯:馮大馨
野生動物是自然生態系統的重要組成部分,保護它們關系到全球生態健康和安全。野生動物保護工作首先要調查種群資源,了解物種準確分布、種群規模、棲息地變化等,為進一步評估物種的生存質量、確定保護等級以及制定相應保護策略提供科學依據。然而,這一重要的基礎性工作在山地林區條件下實現起來卻異常艱難。

日前,西北大學生命科學學院秦嶺金絲猴研究團隊在秦嶺地區,將無人機和熱成像技術結合應用于野生川金絲猴分布和種群規模的調查工作中。研究團隊在調查區域采集到了三群川金絲猴野生種群的熱成像視頻,獲得了這些種群準確的分布位置及種群規模。

傳統野生動物調查方法是怎樣的?

陜西省秦嶺珍稀瀕危動物保育重點實驗室動物保護專家何剛介紹,傳統野生動物調查通常是有經驗的調查人員進入到調查區域,沿設計的樣線進行野外實地踏查,通過人工觀察記錄所過之處發現的動物實體和痕跡來判斷物種分布和規模。但是在山地林區條件下,調查人員首先要面對道路漫長、崎嶇危險的問題;其次,調查人員移動速度緩慢,難以發現動物并對其進行定位;此外,僅通過可見光,人們難以剝離動物和其所隱藏的環境,很難觀察到每一個個體。這極大影響了野生動物調查的準確性和效率。何剛表示,無人機和熱成像技術為改變這一現狀帶來了新契機,兩項技術結合能有效解決傳統調查方法中難以克服的困難。

無人機和熱成像技術結合

何剛介紹,無人機技術能克服地形和視野的限制,熱成像技術通過動物與環境的溫度差異發現動物個體。

 1.無人機在林冠上快速飛行,能排除地面移動時所面對的地形、植被阻攔等問題,實現自由的移動,同時,無人機實際工作中,可以用15~20公里/小時的速度對調查區域進行精細掃描,大大提高調查行進速度。

 2.無人機從空中俯視的方式,具有大縱深、廣視角的特點,排除了低視角的視覺阻擋問題;另一方面,利用熱成像技術,探測的是紅外熱輻射而不再是可見光,可以使原本在林下隱藏的動物顯現出來,只要動物的體溫與環境溫度有明顯的溫差即可被發現。發現動物后,研究人員可人工操作對動物種群進行長時間移動跟蹤觀察,這能有效提高種群數量統計的及時性、準確性。此外,無人機同步記錄的航跡信息可及時確認種群的坐標,并配圖提供客觀證據。

3.無人機代替人力進行調查,能降低調查人員深入山地林區進行實地踏查的安全風險;熱成像儀的非接觸特性,也會降低調查工作本身對野生動物的干擾。

回顧將兩項技術結合應用的探索之路,何剛說并非一路坦途。他回憶道,一開始,研究團隊僅想到應用無人機技術,但測試結果很不理想。雖然無人機能實現空中俯視觀察,但普通的可見光鏡頭依然無法穿過茂密的林冠,發現隱藏其中的動物。不過,無人機的機動性和克服地面障礙的能力,讓研究團隊看到了其應用的潛力。“后來,在參與陜西省秦嶺珍稀瀕危動物保育重點實驗室進行的野生動物體溫測量研究時,我們注意到了熱成像技術,這瞬間打開了我們研究的新思路。”何剛說。

何剛分享,通過一系列實驗測試,研究團隊逐步完成了多種地形、生境、海拔條件下,無人機和熱成像技術的適用性測試。通過不斷總結測試結果,優化無人機的飛行方案和熱成像儀的拍攝方案,研究團隊基本解決了熱成像儀分辨率、飛行高度等參數適配,飛行高度和速度與調查區域的面積計算,其他熱源對動物調查的干擾,山地林區安全起降、回收無人機,無人機的遙控傳輸阻擋、通訊信號衰減,山谷橫風嚴重威脅無人機安全飛行等各類問題。

“無人機和熱成像技術結合可能是目前在山地林區條件下開展野生動物調查最好的技術選擇之一,該技術在其他草原、荒漠、水域等環境,理論上也會有很好的適用性。”何剛表示,受熱成像分辨率、無人機觀測距離等技術因素的限制,目前在大型哺乳動物(例如金絲猴、大熊貓、羚牛等)調查中應用此項技術效果更好。

本文科學顧問:陜西省秦嶺珍稀瀕危動物保育重點實驗室動物保護專家何剛

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