“無人機(jī)+紅外熱成像”助力蜘蛛猿等猿類物種研究

野生動物保護(hù)者通常依據(jù)精確的動物種群數(shù)量來采取相關(guān)保護(hù)決定及行動；然而，由于進(jìn)行實地勘查非常困難且花費巨大，大部分樹棲物種的相關(guān)數(shù)據(jù)非常缺乏實效性。據(jù)麥姆斯咨詢報道，一支研究團(tuán)隊為了克服這些挑戰(zhàn)，使用搭載了紅外熱像儀（TIR camera）的無人機(jī)來監(jiān)控Los Arboles Tulum地區(qū)吼猴、蜘蛛猿及猩猩等靈長類動物種群的數(shù)量，Los Arboles Tulum是一片距墨西哥金塔納羅奧州地區(qū)圖盧姆（Tulum）約14公里的住宅開發(fā)區(qū)。在該地區(qū)，每2公頃土地上的房屋只允許占據(jù)5%的土地，因此到目前為止，這片400公頃土地98%的面積仍然是森林。

圖為無人機(jī)上熱像儀拍攝的地面初步測量數(shù)據(jù)示例。從圖中可看到兩只蜘蛛猿；圖右側(cè)為偽彩色熱成像溫標(biāo)。利用該數(shù)據(jù)，可預(yù)估蜘蛛猿的體表溫度在30℃左右。

該項目表明，搭載紅外熱像儀的無人機(jī)可成功地用于確認(rèn)郁閉林冠森林中蜘蛛猿的存在及數(shù)量。這類植被為中常綠喬木，樹高約30米，地形相對平坦。

研究方法

該技術(shù)可應(yīng)用于在有其他體型相似物種大量停留的林冠區(qū)域中確定蜘蛛猿的分布及種群數(shù)量，使用紅外熱像儀可準(zhǔn)確地將蜘蛛猿與其他物種區(qū)分。由于與周圍環(huán)境和物種相比，蜘蛛猿的體溫相對較高，因此使用紅外熱像儀很容易發(fā)現(xiàn)他們。由于它們經(jīng)?；顒釉谏謽涔陧敳?，并且往往睡在樹枝末端，因此在空中觀測比地面有著明顯優(yōu)勢。自2016年11月起，研究人員對生活在Los Arboles Tulum的蜘蛛猿持續(xù)進(jìn)行研究，它們也已經(jīng)習(xí)慣人類的存在。

無人機(jī)搭載的融合相機(jī)所拍攝的紅外熱成像圖片

上圖為無人機(jī)搭載的融合相機(jī)所在A、B兩點飛行期間所記錄的紅外熱成像圖片，左圖為2018年6月20日19:30睡眠位置A，右圖為2018年6月20日5:45分睡眠位置B。兩次飛行高度都在地面以上70米，大約在樹冠以上40 - 45米。右側(cè)為與偽彩色熱成像圖像相對應(yīng)的溫標(biāo)。蜘蛛猿的位置用箭頭標(biāo)出，圓圈表示一位人類觀察者在地上數(shù)猿類的數(shù)量。在研究這些熱紅外數(shù)據(jù)時，也會在這些圖像中看到一些混淆熱源，特別是夜間勘查搜尋時（左圖），例如，一些樹枝在白天吸收了太陽的熱量，晚上就會成為明亮的熱源。

研究設(shè)備

本研究所使用的無人機(jī)是一架550mm四軸飛行器，其擠制鋁材框架由懸臂和玻璃纖維板構(gòu)成，可提供最優(yōu)的重量強(qiáng)度性能；該無人機(jī)由14.8V鋰聚合物電池提供動力，當(dāng)無人機(jī)安裝紅外熱像儀時，該電池可提供約10分鐘的飛行時間。Pixhawk 2.1自動駕駛儀用于運行開源的ArduCopter固件，可在配置和操作系統(tǒng)時提供高度靈活性。自動駕駛儀配置為允許手動駕駛或自動（預(yù)編程）飛行。在本研究的所有飛行過程中，熱像儀均以90度的垂直角度向下。

為了比較地面勘查與無人機(jī)勘查中蜘蛛猿的數(shù)量，研究小組首先需要確定蜘蛛猿是否會在17:30到19:00之間出現(xiàn)在它們睡眠位置。一旦確認(rèn)，他們會駕駛無人機(jī)飛越蜘蛛猿睡眠點，地面勘查會在同一時間在睡眠位置統(tǒng)計數(shù)量；接著，第二天日出之前會在同一位置使用兩種方法再統(tǒng)計一遍，并比較無人機(jī)和地面勘查的夜間和早晨的數(shù)據(jù)。

測試過程及相關(guān)分析

為了對猿類進(jìn)行空中勘查，需要預(yù)先在睡眠位置地面以上60 - 70米的無人機(jī)飛行范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)先編程的網(wǎng)格飛行（grid flight）。網(wǎng)格飛行時間約4至8分鐘之間，具體時間取決于被測場地的面積、飛行高度以及為畫面所選的重疊與旁向重疊的百分比。此外，完成睡眠位置繞單棵樹冠飛行、4次懸停的飛行時間為5分鐘。2018年6月10日至23日期間，在選定的3個睡眠位置，進(jìn)行了33次無人機(jī)搭載紅外熱像儀飛行（29次網(wǎng)格飛行和4次懸停飛行）。猿類對無人機(jī)最常見的反應(yīng)是改變位置或向下移動幾米。一旦無人機(jī)勘查完成（通常是在勘查開始6 - 10分鐘后），許多猿類都會回到原來的位置。研究中，不止一次出現(xiàn)一只猿類對頭頂上的無人機(jī)發(fā)出尖叫聲。盡管如此，這些猿類對無人機(jī)的反應(yīng)并沒有引發(fā)任何異常變化。例如，在無人機(jī)開始勘查前在玩的幼猿，在整個飛行期間還是繼續(xù)玩耍。

地面勘查（即由地面觀察員計數(shù)猿類的數(shù)量），由五名經(jīng)驗豐富的觀察員完成勘查，為其配備雙筒望遠(yuǎn)鏡，以協(xié)助計算猿類數(shù)目，并利用全球定位系統(tǒng)（GPS）標(biāo)記猿類亞群的位置。檢驗無人機(jī)計數(shù)與地面測量的一致性，研究進(jìn)行了一致性分析。為了便于比較，將無人機(jī)飛行的紅外熱成像視頻的子樣本編輯成20個30秒長的視頻。

研究結(jié)論

在進(jìn)行這些基于無人機(jī)的物種計數(shù)試驗中，通過比較無人機(jī)獲得的大量數(shù)據(jù)集與同時間地面勘查的結(jié)果，研究人員能夠證明紅外熱像儀可作為一項可行且有效的研究方法，來獲取郁閉林冠森林中蜘蛛猿的存在及數(shù)量數(shù)據(jù)。研究中使用了網(wǎng)格飛行和懸停飛行兩種方式，以確定這兩種方法來探測和計數(shù)蜘蛛猿的可行性。

此外，無人機(jī)獲得的紅外熱成像數(shù)據(jù)可用于改進(jìn)物種分布模型、計算種群密度。研究人員認(rèn)為，利用紅外熱成像技術(shù)可以幫助填補(bǔ)現(xiàn)有關(guān)于蜘蛛猿分布及數(shù)量的知識空白。

此研究項目由美國國家地理學(xué)會（National Geographic Society，WW-198EC-17）、英國科學(xué)和技術(shù)設(shè)施理事會全球挑戰(zhàn)研究基金（UK Science and Technology Facilities Council Global Challenges Research Fund，ST/R002673/1）和Los Arboles Tulum共同資助。