無人機“硬核數羊”，可可西里藏羚調研添新招
“一隻羊，兩隻羊，三隻羊……”
這可不是某位失眠患者在臥室裡數綿羊。這是中科院西北高原生物研究所的科考人員，正根據無人機傳回的紅外畫面，在青海可可西里地區數藏羚羊的場景。
藏羚羊
日前，中科院西北高原生物研究所科研團隊再次前往可可西里無人區開展野生動物考察。科考團隊利用最新的無人機夜視+紅外熱成像技術，完成了藏羚羊種群夜間長時間移動跟蹤觀察任務，為羊群夜間行為和遷徙習性調研工作提供了珍貴的圖片和錄影，這也是該團隊20年來首次利用無人機在夜間進行藏羚羊種群長時間移動跟蹤觀察。
據科考團隊介紹，透過利用大疆新一代無人機可以進行500米隱蔽遠端偵查功能和鐳射打點記錄功能，在確保最大程度減少對野生動物驚擾的同時，亦可為提高種群數量統計的及時性、準確性提供支撐。
紅外模式發現藏羚羊群
無人機高原巡查長線追蹤，解決人工巡查“痛點”
在可可西里這片廣袤而神奇的土地上，活躍著許多國家級珍稀動物。被譽為“高原精靈”的藏羚羊，就是可可西里地區的“旗艦物種”。
每年的11月至12月，藏羚羊開始交配。次年5月，藏羚羊開始一年一度大規模遷徙。而每年暑期7月到8月，數以萬計的藏羚羊透過青藏鐵路五北大橋“生命通道”，前往北方的卓乃湖產仔，產仔後再沿原路返回棲息地，因此該區域也成為科考團隊調查藏羚羊種群的最佳地區。
中科院西北高原生物研究所連新明團隊20年來致力於研究和保護青藏高原上的各類野生動物，為藏羚羊等保護動物的數量恢復作出了卓越貢獻。
科考團隊在野外調查藏羚羊
連新明介紹，此次調研，一是在可可西里無人區守候正在進行年度大遷徙的藏羚羊，調查藏羚羊種群數量變化、夜間行為、後代繁衍等問題；第二個目的則是在長江源頭班德湖進行雪豹、岩羊等山地居住的野生動物的習性調查和拍攝。
野生動物考察主要收集兩類資料，一是影像資料，二是活體樣本（例如動物糞便）。對前者而言，此前普遍使用的方式是人工巡查。科考人員駕車調查青藏公路兩側藏羚羊種群情況，當發現藏羚羊種群後，便利用高倍長焦鏡頭進行拍攝。另一種方式則是佈置固定紅外相機。動物經過時，相機自動觸發，進行拍攝。
人工巡查在實踐中也有不少“痛點”，由於藏羚羊活動範圍較廣，且高原大部分地區未鋪裝路面，這個方法耗時耗力。而固定相機雖對科考有所幫助，但顯得較為被動，只有等動物經過時，才能獲取資訊。紅外相機適用於固定點的監測，但在監測高原環境下藏羚羊一類的動物則較為困難：高原面積廣闊，難以找到合適的紅外相機架設點。
這時，無人機便派上了用場。青藏高原以草原為主，沒有樹木遮擋，植被高度一般不超過20釐米，為無人機的觀察作業創造了良好條件：飛行難度低，方便尋找動物。
連新明介紹，利用無人機進行動物觀察，還有兩點獨特優勢。第一點是主動。相較於固定攝像頭，無人機可以主動尋找甚至跟蹤動物。
大疆公司行業應用解決方案高階經理李宏博介紹：“無人機可以跟著一個種群不停移動，主動性大大增強。”第二點是全面。無人機有鐳射打點記錄目標的功能，科考人員可以把區域內收集到的所有羊群的位置，用打點的方式定位在地圖上，“即使換了操作人員，對地形方向全然不熟悉，也可以基於之前的資訊一鍵看過去，持續觀察，人員就可以隨時輪替，這在野外的夜間工作中非常重要。”
遠端精確計數避免“擾羊”，熱成像藏羚成“長腳烏龜”
據悉，此次利用無人機在可可西里地區進行藏羚羊考察，主要有計數和尋找藏羚羊夜宿地兩個目的，在硬體上則採用了“行業無人機 +雲臺相機”這一套產品組合的方案。
李宏博表示，雖然高原環境適合無人機作業，但在實踐中還是會遇到不少困難，“第一是海拔高，有一些無人機可能就飛不起來，或者容易炸機，風險較高。第二個是晝夜溫差大，夜間經常降到零攝氏度以下，所以會對產品的可靠性，如電池續航，產生一定影響。”因此，本次科考採用了行業無人機M300RTK，其最大起飛海拔達7000米，而青海可可西里地區的平均海拔為4600—5000米，且抗風效能更強，在高原環境下更具可靠性。
在過去，科考團隊幾乎無法透過主動夜間拍攝獲取影像資料，只能透過佈置固定紅外相機進行拍攝，相對被動。連新明回憶道，“我從讀書的時候就開始研究藏羚羊，現在已經是第二十年，但我一直不知道藏羚羊在哪裡過夜。即便我們曾經在取樣途中，見到了藏羚羊過夜的地方：藏羚羊經常過夜的地方會堆積許多羊糞，我們稱之為‘羊圈’。但在太陽落山之後，我們還從來沒有真正地對藏羚羊做過調查。”
藏野驢
藏野驢的不同紅外特徵
而此次透過無人機上的熱成像紅外相機，就可以在夜間來完成遠距離觀察。連新明表示，只要透過無人機觀測並收集到了足夠多的藏羚羊夜宿地經緯度資料，再利用相關GIS軟體、氣象站資料，就可以掌握藏羚羊夜宿地的坡向、坡度、風速等特徵。“我們就可以知道藏羚羊白天偏好哪些地方、晚上偏好哪些地方。”
在紅外畫面中，藏羚羊羊群形成了一組熱點，其背部呈黑色，其他身體部位呈紅色，看起來就像四腳很長的烏龜；在藏羚羊周邊，還存在一組呈靜止狀態的黃色熱點。紅色說明溫度高，黑色則說明溫度低。
為什麼藏羚羊的身體會呈現兩種差距如此大的溫度？
經過思考，大家認為，這是因為藏羚羊有著保暖效能極佳的羊絨，阻止了熱量揮發，因此在背上形成了顏色不同的低溫區。科考團隊又拍攝了藏野驢對這一觀點進行驗證。與之相比，毛皮較少的藏野驢是一個溫度均勻的熱源。
這一經歷給科考團隊也帶來了一個新點子：透過動物的紅外成像顏色特徵，來判斷動物型別。李宏博說：“我們第一次嘗試透過紅外功能識別不同物種的‘身份’，這真是一個非常有意思的嘗試。”
紅外畫面中的藏羚羊群
那藏羚羊身邊靜止的黃色熱點又是什麼？
一開始，這兩組熱點都被當成了藏羚羊進行計數。但連新明透過分析得出結論，黃色熱點的溫度較低，且沒有藏羚羊背部的紅外特徵，應該只是臥痕，也就是地面被羊趴熱了，需要在計數時加以區分。臥痕也可用於研究藏羚羊的棲宿習性。
赴長江源探索物種關係，無人機動物保護應用廣泛
除了協助可可西里藏羚羊調研，科考團隊也在長江源頭班德山調查雪豹、岩羊等山地野生動物中用到了無人機技術。
無人機捕捉到了岩羊的身影，但雪豹的拍攝過程卻沒有想象中那麼順利。一連兩夜，科考團隊都沒有在紅外畫面中發現雪豹尾巴形成的“長長的線”。
穿越可可西里的青藏鐵路
連新明分析，這一是因為與藏羚羊、岩羊等群居動物不同，雪豹往往單隻活動。二是因為科考團隊放飛無人機時間過早。“我們這兩天都是在太陽落山半個小時之後就開始飛了，可能飛得有點早。如果放到凌晨兩點至四點之間飛，可能發現雪豹的機率就會大一些，因為雪豹是一種夜行動物，活動高峰期是在凌晨兩點至四點。”
無人機發現羊群
近年來，科考人員往往利用固定的紅外相機進行拍攝考察雪豹，但除了過於被動的問題外，紅外相機只能對雪豹本身進行調查，如雪豹的數量和時空利用情況。“紅外相機提供的資料只能讓我們知道，哪個時間段雪豹比較活躍、會從紅外相機面前經過，以及佈設在哪個地方的紅外相機能夠拍攝到雪豹。”
但無人機技術則能幫助科考團隊瞭解不同物種之間的時空分佈關係，繼而考察捕食者和獵物之間的關係這一理論性問題。“班德山上既有雪豹，也有岩羊。如果無人機在巡查時能同時拍攝到兩者，就能瞭解兩者的時空分佈格局。雪豹在山上的哪個位置？同一時間段，它的獵物岩羊在什麼位置？岩羊群的規模有多大？雪豹在哪裡頻繁出現？它朝哪個方位運動才能捕到獵物？捕食者和獵物如何透過利用時空，來滿足捕食或躲避的目的？”
連新明介紹，研究捕食者和獵物之間的競爭與共存關係，在保護生物學中具有重要意義。生物多樣性分為遺傳多樣性、物種多樣性、生態系統多樣性三個層次。“捕食者和獵物之間的關係是物種多樣性中重要的一部分，它能夠解釋生態系統中的食物鏈乃至食物網的維持機制，進一步解釋生物多樣性的維持機制。瞭解生物多樣性的維持機制，能夠幫助人們瞭解生態系統的構成、可承載物種數量和生物數量，這也是生物多樣性保護的基礎。”
對於無人機技術在動物保護領域應用的進一步探索，李宏博表示，考慮到現在還在採取人工計數方式，來滿足動物保護和調查的動物計數需求，大疆已有計劃推進跟下游合作伙伴共同開發AI自動識別種群數量演算法。
【記者】徐勉 實習生 曾譯萱
【統籌】張志超
（受訪者供圖）
【作者】 徐勉；張志超
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