Экологи все чаще используют беспилотники для сбора данных. Ученые использовали дистанционно управляемые самолеты для оценки состояния хрупких полярных мхов, для измерения и прогнозирования массы леопардовых тюленей и даже для сбора соплей китов. Дроны также были помечены как изменяющие игру для мониторинга популяций диких животных.
Но как только взлетит пыль, как мы узнаем, дают ли дроны точные данные? Возможно, еще более важно, как данные сравниваются с данными, собранными с использованием традиционного наземного подхода?
Чтобы ответить на эти вопросы, мы создали #EpicDuckChallenge, который включал в себя развертывание тысяч пластиковых копий уток на пляже Аделаиды, а затем тестировал различные методы подсчета их.
Как мы сегодня сообщаем в журнале Methods in Ecology and Evolution, дроны действительно генерируют точные данные о популяциях диких животных - даже более точные, чем те, которые были собраны старомодным способом.
Джаррод Ходжсон стоит в одной из реплик колоний морских птиц, созданных для #EpicDuckChallenge. (С. Андриоло) Оценить точность данных о количестве диких животных сложно. Мы не можем быть уверены в истинном количестве животных, присутствующих в группе диких животных. Итак, чтобы преодолеть эту неопределенность, мы создали реплики колоний морских птиц в натуральную величину, каждая с известным числом особей.
С оптимальной точки зрения и в идеальных погодных условиях опытные наблюдатели за дикой природой независимо друг от друга подсчитывали колонии с земли с помощью биноклей и телескопов. В то же время дрон захватывал фотографии каждой колонии с разных высот. Гражданские ученые затем использовали эти изображения для подсчета числа животных, которых они могли видеть.
Подсчет птиц на изображениях, полученных с помощью дронов, был лучше, чем у наблюдателей за дикой природой на земле. Подход с использованием дрона был более точным и более точным - он производил подсчеты, которые были постоянно ближе к истинному числу людей.
Сравнение преимуществ: полученные из дрона фотографии и вид наземного счетчика. (Дж. Ходжсон) Разница между результатами не была тривиальной. Данные, полученные от беспилотников, были на 43-96% точнее, чем наземные данные. Изменение было связано с тем, сколько пикселей соответствует каждой птице, что, в свою очередь, связано с высотой полета дрона и разрешением камеры.
Это не было неожиданностью. Опытные наземные счетчики справились хорошо, но точка зрения дрона была превосходящей. Наблюдение за фотографиями, сделанными сверху, означало, что гражданским ученым не приходилось бороться с неясными птицами, которые часто встречаются при подсчете земли. Снимки также пошли на пользу гражданским ученым, поскольку они могли в цифровом виде пересматривать свои счета столько раз, сколько им нужно. Это уменьшило вероятность того, что вы пропустили человека и считали его более одного раза.
Ученым помогали многие добровольцы, без которых #EpicDuckChallenge был бы невозможен. (Дж. Ходжсон) Однако, несмотря на то, что это оказалось более точным, ручные цифровые подсчеты все еще утомительны и требуют много времени. Чтобы решить эту проблему, мы разработали компьютерный алгоритм в надежде на то, что он может еще больше повысить эффективность без снижения качества данных. И это сделал.
Мы определили долю птиц в каждой колонии, чтобы обучить алгоритм распознавать, как интересное животное появляется на изображениях. Мы обнаружили, что использование 10% обучающих данных было достаточным для получения количества колоний, сопоставимого с количеством людей, просматривающих всю сцену.
Такая компьютеризация может сократить время, необходимое для обработки данных, предоставляя возможность сократить расходы и ресурсы, необходимые для обследования популяций диких животных. В сочетании с эффективностью беспилотных летательных аппаратов, обеспечивающих геодезические участки, к которым трудно добраться пешком, эта экономия может быть значительной.
Использование мониторинга дронов в полевых условиях
Наши результаты имеют важное значение для ряда видов. Мы считаем, что они особенно важны для скопления птиц, включая морских птиц, таких как альбатросы, поверхностные гнездящиеся пингвины и фрегатные птицы, а также колониальных гнездящихся водяных птиц, таких как пеликаны.
Другие виды животных, которые легко видны сверху, в том числе вытащенные тюлени и дюгони, очень подходят для мониторинга беспилотников. Гнезда или следы животных, такие как орангутаны и черепахи, также могут быть использованы для определения присутствия.
Дополнительные эксперименты будут полезны для оценки способности беспилотников обследовать животных, которые предпочитают оставаться скрытыми, и тех, кто находится в сложных местах обитания. Такие оценки представляют интерес для нас и исследователей по всему миру, поскольку текущие исследования сосредоточены на дикой природе, такой как древесные млекопитающие и китообразные.
Мы все еще изучаем, как дикая природа реагирует на присутствие дронов, и необходимы дополнительные исследования для количественной оценки этих реакций в целом ряде видов и сред. Полученные результаты помогут уточнить и улучшить протоколы мониторинга беспилотных летательных аппаратов, чтобы дроны оказывали минимальное влияние на дикую природу Это особенно важно для видов, которые подвержены нарушениям, и где близкая близость невозможна или нежелательна.
Мир быстро меняется, что приводит к множеству негативных последствий для дикой природы. Такие технологии, как дроны, могут помочь ученым и менеджерам собирать данные достаточно быстро, чтобы обеспечить своевременную оценку последствий этих изменений.
При мониторинге дикой природы повышение точности и точности обследований животных дает нам больше уверенности в наших оценках популяции. Это обеспечивает более сильную доказательную базу для принятия управленческих решений или изменений в политике. Для видов и экосистем, находящихся под угрозой исчезновения или нанесения непоправимого ущерба, такое быстрое действие может стать буквально спасательным кругом.
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Джаррод Ходжсон, кандидат наук, Университет Аделаиды
Алекс Тераудс, старший научный сотрудник / начальник отдела Австралийского антарктического отдела
Лиан Пин Ко, профессор, Университет Аделаиды
