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                      無人機紅外熱成像助力蜘蛛猿等猿類物種研究

                      行業資訊 2021-03-09 09:31


                        ??野生動物保護者通常依據精確的動物種群數量來采取相關保護決定及行動;然而,由于進行實地勘查非常困難且花費巨大,大部分樹棲物種的相關數據非常缺乏實效性。據麥姆斯咨詢報道,一支研究團隊為了克服這些挑戰,使用搭載了紅外熱像儀(TIR camera)的無人機來監控Los Arboles Tulum地區吼猴、蜘蛛猿及猩猩等靈長類動物種群的數量,Los Arboles Tulum是一片距墨西哥金塔納羅奧州地區圖盧姆(Tulum)約14公里的住宅開發區。在該地區,每2公頃土地上的房屋只允許占據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。
                        ??該項目表明,搭載紅外熱像儀的無人機可成功地用于確認郁閉林冠森林中蜘蛛猿的存在及數量。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
                        ??該技術可應用于在有其他體型相似物種大量停留的林冠區域中確定蜘蛛猿的分布及種群數量,使用紅外熱像儀可準確地將蜘蛛猿與其他物種區分。由于與周圍環境和物種相比,蜘蛛猿的體溫相對較高,因此使用紅外熱像儀很容易發現他們。由于它們經常活動在森林樹冠頂部,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勢。自2016年11月起,研究人員對生活在Los Arboles Tulum的蜘蛛猿持續進行研究,它們也已經習慣人類的存在。
                        無人機搭載的融合相機所拍攝的紅外熱成像  
                        ??上圖為無人機搭載的融合相機所在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。右側為與偽彩色熱成像圖像相對應的溫標。蜘蛛猿的位置用箭頭標出,圓圈表示一位人類觀察者在地上數猿類的數量。在研究這些熱紅外數據時,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。 
                        ??研究設備
                        ??本研究所使用的無人機是一架550mm四軸飛行器,其擠制鋁材框架由懸臂和玻璃纖維板構成,可提供最優的重量強度性能;該無人機由14.8V鋰聚合物電池提供動力,當無人機安裝紅外熱像儀時,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勘查中蜘蛛猿的數量,研究小組首先需要確定蜘蛛猿是否會在17:30到19:00之間出現在它們睡眠位置。一旦確認,他們會駕駛無人機飛越蜘蛛猿睡眠點,地面勘查會在同一時間在睡眠位置統計數量;接著,第二天日出之前會在同一位置使用兩種方法再統計一遍,并比較無人機和地面勘查的夜間和早晨的數據。
                        ??測試過程及相關分析
                        ??為了對猿類進行空中勘查,需要預先在睡眠位置地面以上60 - 70米的無人機飛行范圍內進行預先編程的網格飛行(grid flight)。網格飛行時間約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,進行了33次無人機搭載紅外熱像儀飛行(29次網格飛行和4次懸停飛行)。猿類對無人機最常見的反應是改變位置或向下移動幾米。一旦無人機勘查完成(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,不止一次出現一只猿類對頭頂上的無人機發出尖叫聲。盡管如此,這些猿類對無人機的反應并沒有引發任何異常變化。例如,在無人機開始勘查前在玩的幼猿,在整個飛行期間還是繼續玩耍。
                        ??地面勘查(即由地面觀察員計數猿類的數量),由五名經驗豐富的觀察員完成勘查,為其配備雙筒望遠鏡,以協助計算猿類數目,并利用全球定位系統(GPS)標記猿類亞群的位置。檢驗無人機計數與地面測量的一致性,研究進行了一致性分析。為了便于比較,將無人機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。
                        ??研究結論 
                        ??在進行這些基于無人機的物種計數試驗中,通過比較無人機獲得的大量數據集與同時間地面勘查的結果,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量數據。研究中使用了網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蜘蛛猿的可行性。
                        ??此外,無人機獲得的紅外熱成像數據可用于改進物種分布模型、計算種群密度。研究人員認為,利用紅外熱成像技術可以幫助填補現有關于蜘蛛猿分布及數量的知識空白。
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