来自天空的守护,无人机助力海南长臂猿智能化监测

分享到:

物种监测是开展海南长臂猿保护和管理工作的基础。由于海南长臂猿从下午4点到次日凌晨6点都在睡觉,所以常规的人工地面监测无法记录其夜晚习性。近年来,无人机技术逐渐成熟且使用方便灵活。在海南长臂猿的监测过程中,无人机也可一展身手。

1

地球上最濒危的灵长类动物

——海南长臂猿

由于栖息地丧失和狩猎等因素,在20世纪70年代末,海南霸王岭的海南长臂猿只剩下2群共7~9只。1980年,以保护海南长臂猿为目标的自然保护区成立,现被称为“海南热带雨林国家公园管理局霸王岭分局”(以下简称:霸王岭分局)。目前,仅有5群35只海南长臂猿生活在霸王岭分局辖区内约15平方千米的森林中,是当今全球最濒危的灵长类动物,也是地球上最稀少的哺乳动物,被列为“零灭绝联盟”(由全球100多个生物多样性保护组织组成)的濒危目标物种和全球性重点保护对象。国际灵长类协会和世界自然保护联盟物种生存委员会共同认定海南长臂猿是21世纪全球最有可能灭绝的灵长类物种。

据霸王岭分局2021年9月提供的最新数据显示,目前海南长臂猿有5个族群,分别是A群(6只)、B群(7只)、C群(8只)、D群(5只)和E群(3只),此外还有6只独猿,共计35只。

海南长臂猿夫妇(张志城 供图)

物种监测是开展珍稀濒危物种保护和管理工作的基础。监测海南长臂猿的种群分布、群体组成以及栖息地状况是评估海南长臂猿生存现状、预测其种群动态变化和为保护管理决策提供客观依据的重要手段。

由于海南长臂猿具有种群数量少、活动范围大、移动速度快、常在密林中的冠层穿行以及对外界环境的变化较为敏感等特点,一直以来除了采用人员地面追踪的方法之外,缺乏特别有效的手段对该物种的活动轨迹、家域范围、取食偏好及其他生物学行为开展长期的连续性和智能化监测,造成相关的保护和研究工作进展缓慢。

地面追踪的方法最为原始,也最为直接。研究人员借助望远镜、配备长焦镜头的数码相机和GPS等设备,记录下海南长臂猿的个体数量、出现位置、进食情况和行为方式等。但地面追踪常受到地形以及森林结构的限制,在海南长臂猿快速移动的过程中,研究人员很难在地面长时间地尾随它们行进,因此得到的多为片段化的监测结果。更为重要的一点是,若想要取得较好的地面监测效果,需要让海南长臂猿习惯研究人员的跟拍行为,这是一个较为漫长的过程。目前有关海南长臂猿的地面监测多以项目形式展开,项目一旦结束,监测工作就很难继续下去,因此数据的持续性和完整性也很缺乏。

研究人员在不同时段用无人机监测海南长臂猿 (张辉 供图)

此外,海南长臂猿从下午5点到次日凌晨6点都在乔木的冠层睡觉,这段时间是无法开展地面监测的,因此目前完全不清楚海南长臂猿在夜间的野外习性(如休憩地点和树种)。采用更有效的智能化监测方式结合地面追踪构建海南长臂猿的监测网络成为迫在眉睫的任务。

近年来,无人机技术逐渐成熟且使用方便灵活。无人机还能携带可见光相机、红外热成像仪、多光谱相机、高光谱相机和激光雷达等设备,便于在林下和冠层进行观测。其中,可见光相机和红外热成像仪在野外识别海南长臂猿和追踪其活动轨迹方面具有很大的应用潜力,而多光谱相机、高光谱相机和激光雷达在研究海南长臂猿的栖息地植被健康和结构等方面具有重要价值。但由于不清楚无人机是否会对海南长臂猿造成潜在的干扰,因此这一方式方法及实际效果不得而知。与霸王岭分局的工作人员进行了充分地沟通后,最终我们选择了以C群为研究对象。

2

无人机+可见光相机的尝试

我们分别在清晨6—7点、下午4—5点以及晚上8—9点这3个时间段,以视频和照片的形式来记录海南长臂猿在冠层活动时的可见光和热红外影像;夜间还会用携带红外热成像仪的无人机,在海南长臂猿的日间活动范围内(约0.5平方千米)拍摄冠层的热红外影像。

研究人员在不同时段用无人机监测海南长臂猿 (张辉 供图)

我们发现,当无人机距离冠层约50米时,海南长臂猿开始对无人机桨叶旋转时发出的声音有所察觉,但并未影响其鸣叫和玩耍;当无人机距离冠层约40米时,海南长臂猿开始对无人机有所警觉,并频繁寻找声音来源,但没有行为上的反应;当无人机距离冠层约30米时,海南长臂猿停止活动,并进入冠层躲避。因此,我们一般只会操纵无人机飞到距离冠层50米以上的位置拍摄海南长臂猿。

我们还发现,在白天仅借助可见光相机无法实现对海南长臂猿的智能监测。这是因为当用可见光相机从活动区正上方拍摄时,树冠会产生很大的遮挡。抓拍海南长臂猿跳跃瞬间影像的难度也非常大,需要很好的运气。拍摄视频时同样存在较大困难,虽然可以拍到海南长臂猿活动时明显的树枝晃动,也可以记录到海南长臂猿在树木间跳跃的身影,但受到枝叶的遮挡,想拍摄到所有活动的海南长臂猿存在一定难度。因此,在仅使用可见光相机时,想要探明海南长臂猿的数量及生活习性等科学问题几乎不可能。

研究人员在不同时段用无人机监测海南长臂猿 (张辉 供图)

3

无人机+

海南长臂猿是恒温动物,其体表温度会明显高于环境温度,因此从理论上看,采用无人机+红外热成像仪应该很容易在晚上识别个体,是监测海南长臂猿比较有效的方法。但问题的关键在于,在此之前,人们并不清楚海南长臂猿的体表温度。

我们曾经考虑用动物园里其他种类长臂猿的体表温度来设置红外热成像仪,但是海南长臂猿在树冠下休息,无人机携带的设备一定会受到冠层的影响,不能代表热红外成像仪识别出来的海南长臂猿真正的体表温度。幸运的是,我们用无人机+红外热成像仪在夜间成功拍到了海南长臂猿C群的所有个体都在2棵相邻的成熟枫香树树冠下休憩的热红外视频,温度范围是21~31℃。

我们参考这个温度去调节热红外视频的温度后发现:当温度调节到27℃时,可以检测到海南长臂猿个体,并且检测不到周围的植被,即不受冠层的影响;当温度调节到31℃以上时,不再能够检测到海南长臂猿个体。因此,我们将无人机+红外热成像仪的监测温度设定在27 ~ 31℃。我们提取视频中温度介于27~31℃的像素点后发现了102个符合要求的像素点,进一步分析后发现这些像素点可被聚为8个热源,平均温度在27.07~30.13℃之间,因此可推算出海南长臂猿C群有8只个体,与此前的人工监测结果是一致的

由102个与海南长臂猿体表温度(27~31℃)一致的像素点聚成的8个热源

4

小有收获,征途漫漫

虽然由于无人机的飞行高度过高,我们没有获得海南长臂猿清晰的个体形状,但我们基于海南长臂猿C群的热红外影像获得了其栖息地的位置和休憩时间(晚上8点到次日早上6点一直待在海拔约800米处的枫香树上休憩,早上6点左右起床、鸣 叫和玩耍)。同时,我们首次获得了C群存在8只海南长臂猿的实际证据。

我们分析了海南长臂猿热红外视频后还发现,C群夜间选择在海拔约800米处休憩。霸王岭分局的海南长臂猿监测队经过近20年的白天地面监测也发现海南长臂猿喜好在海拔800米处栖息。虽然目前尚不清楚海南长臂猿选择这个海拔高度的具体原因,但我们对比C群分布区不同海拔的热红外温度后发现,最低海拔处(约600米)的温度为30.2~36.9℃,中等海拔处(约800 米)为22.5~26.9 ℃,最高海拔处(约900米)为16.5~22.2℃,也许是最低处和最高处的温度对于海南长臂猿来说相对过冷和过热,而中等海拔处的温度最接近其体表温度(27~31℃),让海南长臂猿感到最舒适。

综上所述,我们成功验证了无人机+红外热成像仪可以用于海南长臂猿夜晚习性(如休憩树种、休憩位置和休憩时的体表温度)的智能监测,弥补了地面监测的不足。然而,由于无人机+红外热成像仪的采购成本较高(约50 万元),而且监测地区的地形复杂,需要研究人员具备非常专业的无人机操控技术,因此不能完全实现海南长臂猿的智能化监测以及对所有5个族群的全面监测。此外,由于飞行高度过高,无人机+红外热成像仪未能成功捕获海南长臂猿清晰的个体形状,未来需要进一步优化飞行参数来实现这个目标。

我们已经成功迈出了海南长臂猿智能监测的第一步,但目前离完全实现智能监测目标还很远。希望这篇文章可以凝聚更多的野生动物监测团队,探索使用不同的手段最终实现海南长臂猿的智能监测。

继续阅读
复亚智能巡检无人机上岗,为湖南某物流园区安防 “添翼”

11月18日上午,湖南某烟草物流园区的保安利用巡检无人机开展园区常态化巡视工作。记者在安保指挥处的大屏幕上看到,随着无人机机库自动打开,无人机自动升空、飞行,带来了独特的高空视角,园区景象一览无余。

中国“翼龙-3”无人机,性能完胜美国MQ-9,俄罗斯不买是他的损失

我国在军用无人机领域的起步相较于美国、以色列等传统无人机强国要晚不少,但是却在短短二三十年的时间内迎头赶上,成为了世界上最重要的无人机强国之一,而在今年的珠海航展上,我国科研工程人员再度不负众望,为我们呈上了一众性能领先世界的先进无人机,在这之中,尤以翼龙家族的最新成员翼龙3无人机最为引人注目。

台当局展示一款反辐射无人机,它能逃过我们的反无人机体系吗?

就在今天,台湾媒体消息,台当局展示了一款反辐射无人机,其直线飞行距离可达1000公里以上。

餐饮业迈向智能化 送餐机器人热度高

随着科技逐渐深入千行百业,越来越多的行业也进入了新的发展阶段,餐饮行业也不例外。现如今,餐饮行业正朝着数字化、智能化方向迭代升级,其中,送餐机器人就是智能化转型的重要产物。

亚马逊正开发下一代Prime Air送货无人机:下小雨也能飞

11 月 11 日消息,亚马逊正在开发一架更好的送货无人机,新的 MK30 无人机将于 2024 年投入使用,其设计更安静,续航更远,并能在高温和小雨下飞行。

精彩活动