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无人机和热成像技术结合助力野生动物调查与保护

来源:新华网     时间:2019-07-31 10:30:08

野生动物是自然生态系统的重要组成部分,保护它们关系到全球生态健康和安全。野生动物保护工作首先要调查种群资源,了解物种准确分布、种群规模、栖息地变化等,为进一步评估物种的生存质量、确定保护等级以及制定相应保护策略提供科学依据。然而,这一重要的基础性工作在山地林区条件下实现起来却异常艰难。

日前,西北大学生命科学学院秦岭金丝猴研究团队在秦岭地区,将无人机和热成像技术结合应用于野生川金丝猴分布和种群规模的调查工作中。研究团队在调查区域采集到了三群川金丝猴野生种群的热成像视频,获得了这些种群准确的分布位置及种群规模。

传统野生动物调查方法是怎样的?

陕西省秦岭珍稀濒危动物保育重点实验室动物保护专家何刚介绍,传统野生动物调查通常是有经验的调查人员进入到调查区域,沿设计的样线进行野外实地踏查,通过人工观察记录所过之处发现的动物实体和痕迹来判断物种分布和规模。但是在山地林区条件下,调查人员首先要面对道路漫长、崎岖危险的问题;其次,调查人员移动速度缓慢,难以发现动物并对其进行定位;此外,仅通过可见光,人们难以剥离动物和其所隐藏的环境,很难观察到每一个个体。这极大影响了野生动物调查的准确性和效率。何刚表示,无人机和热成像技术为改变这一现状带来了新契机,两项技术结合能有效解决传统调查方法中难以克服的困难。

无人机和热成像技术结合

何刚介绍,无人机技术能克服地形和视野的限制,热成像技术通过动物与环境的温度差异发现动物个体。

1.无人机在林冠上快速飞行,能排除地面移动时所面对的地形、植被阻拦等问题,实现自由的移动,同时,无人机实际工作中,可以用15~20公里/小时的速度对调查区域进行精细扫描,大大提高调查行进速度。

2.无人机从空中俯视的方式,具有大纵深、广视角的特点,排除了低视角的视觉阻挡问题;另一方面,利用热成像技术,探测的是红外热辐射而不再是可见光,可以使原本在林下隐藏的动物显现出来,只要动物的体温与环境温度有明显的温差即可被发现。发现动物后,研究人员可人工操作对动物种群进行长时间移动跟踪观察,这能有效提高种群数量统计的及时性、准确性。此外,无人机同步记录的航迹信息可及时确认种群的坐标,并配图提供客观证据。

3.无人机代替人力进行调查,能降低调查人员深入山地林区进行实地踏查的安全风险;热成像仪的非接触特性,也会降低调查工作本身对野生动物的干扰。

回顾将两项技术结合应用的探索之路,何刚说并非一路坦途。他回忆道,一开始,研究团队仅想到应用无人机技术,但测试结果很不理想。虽然无人机能实现空中俯视观察,但普通的可见光镜头依然无法穿过茂密的林冠,发现隐藏其中的动物。不过,无人机的机动性和克服地面障碍的能力,让研究团队看到了其应用的潜力。“后来,在参与陕西省秦岭珍稀濒危动物保育重点实验室进行的野生动物体温测量研究时,我们注意到了热成像技术,这瞬间打开了我们研究的新思路。”何刚说。

何刚分享,通过一系列实验测试,研究团队逐步完成了多种地形、生境、海拔条件下,无人机和热成像技术的适用性测试。通过不断总结测试结果,优化无人机的飞行方案和热成像仪的拍摄方案,研究团队基本解决了热成像仪分辨率、飞行高度等参数适配,飞行高度和速度与调查区域的面积计算,其他热源对动物调查的干扰,山地林区安全起降、回收无人机,无人机的遥控传输阻挡、通讯信号衰减,山谷横风严重威胁无人机安全飞行等各类问题。

“无人机和热成像技术结合可能是目前在山地林区条件下开展野生动物调查最好的技术选择之一,该技术在其他草原、荒漠、水域等环境,理论上也会有很好的适用性。”何刚表示,受热成像分辨率、无人机观测距离等技术因素的限制,目前在大型哺乳动物(例如金丝猴、大熊猫、羚牛等)调查中应用此项技术效果更好。

本文科学顾问:陕西省秦岭珍稀濒危动物保育重点实验室动物保护专家何刚

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