猩猩的呼唤:使用无人机扫描森林

苏门答腊猩猩保护计划 (SOCP) 目前正在进行的最有趣的工作领域之一是使用无人机绘制、监测和勘测岛屿周围的猩猩栖息地。

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


编者注:这是关于使用无人机技术在苏门答腊北部西昆杜尔研究站附近搜索猩猩的两部分文章的第一部分。要阅读第二部分,请点击此处。有关“猩猩的呼唤”系列的所有文章,请点击此处

无人驾驶飞行器(UAV),或无人机,正越来越多地用于环境和保护应用,包括近实时绘制当地土地覆盖图、监测非法森林活动和勘测大型动物物种。

对于我们猩猩研究人员来说,进行传统种群调查的成本——即砍伐大范围的样带,然后沿着样带行走计数巢穴——是艰苦而昂贵的,既需要大量的人力,也需要大量的时间。格雷厄姆在西昆杜尔进行飞行的目的是完成从样带上方进行的巢穴调查,以便将结果与地面工作人员收集的结果进行比较。我们的想法是,通过同时进行这两项调查,我们将能够将空中调查结果(巢穴数量较少)与更全面(但昂贵且耗时)的传统方法相关联。


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这样做足够多次,您就可以只进行快速且廉价的无人机调查(每架无人机的成本在 1,000 美元到 2,000 美元之间,具体取决于设置,另加 1,000 美元用于设备、软件和相机),并且可以准确地推断结果,从而得出种群估计所需的猩猩巢穴数量。

第一天,格雷厄姆计划使用天行者无人机进行试飞,该无人机配备了两个GoPro HD Hero3,用于从正下方和前方的角度拍摄照片和视频。这次飞行的目的是双重的:首先,识别在较低高度的巢穴调查期间需要避开的任何大型树木;其次,使用 GoPro 的静止图像合成拼接在一起,构建该地点的实时、地理参考的土地利用和森林覆盖图。

我们早早起床,希望有个快速的开始,格雷厄姆在前一天晚上已经设置好了无人机,并在我们飞行控制操作所在的建筑物的屋顶上安装了一个无线电天线。然而,天气另有想法,整天下着倾盆大雨,而我则无所事事地坐在那里,和外勤人员一起看印度尼西亚烹饪节目。第二天早上,雨终于停了,格雷厄姆打开了所有系统,我走到草地上放松一下,准备执行我作为他助手的两个任务中的第一个:投掷无人机以使其发射。幸运的是,我们的外勤向导为我找到了一块厚实的木板进行练习,而(不太有帮助的是),格雷厄姆鼓励我说:“上次我们不得不放弃,因为那家伙一直把它扔到地上。”但他确信我会没事的。

发射和着陆真的应该是唯一可能出错的时候。每次飞行任务都是通过使用开源软件定义航点来编程的。无人机在“线传飞行”模式下被抛向空中,在这种模式下,它将保持水平并飞向第一个航点。然后它将盘旋,直到来自遥控器的命令将其切换到全自动模式,并且它沿着编程路线飞行。

在设置好路线后,格雷厄姆快速进行了最后的几次检查,飞机准备起飞了!我对自己的发射能力感觉非常好,我已经摸索出一套系统,我将用脚加速,以便自动驾驶仪知道它正在移动,并保持手臂笔直向上,无人机保持水平位置,以便将其轻轻推入水平起飞。然而,尽管我用木板练习过,但拿着无人机是完全不同的游戏,当我们准备好发射时,我几乎紧张得动不了了!

我把无人机高高举到空中,立刻意识到它有多重。幸运的是,格雷厄姆几乎立即启动了发动机,无人机开始用力拉动,我别无选择,只能开始跑起来。跑了五步后,我把它推向空中。幸运的是,无人机保持了相当的水平,并在离我们的发射地点几米远的地方避开了前方的树木。

无人机迅速爬升到 160 米的任务高度。格雷厄姆将其切换到自动模式,它向西飞去,开始了大约 35 分钟和 29 公里的旅程。我们回到室内,紧盯着电脑屏幕,看着无人机的飞行进度,始终注意着它的高度、配平、空速和位置。一切都完美地完成了 14 个转弯,无人机在充足的时间内完成了勘测。在第 15 个也是最后一个转弯处,大约在距离我们所在地 2.5 公里的地方,无人机突然从电脑屏幕上消失了。当“失去联系”警告灯闪烁时,我们焦急地扫描天空,寻找返回的无人机。五分钟后,我们知道它不会回来了,并组织了一次丛林搜救任务。

在丘陵丛林中跋涉三公里感觉比实际距离要远得多,我们花了一个半多小时才到达我们的搜索地点。我们根据任务参数粗略地计算出了无人机应该转弯的坐标。然而,由于距离我们基地较远,飞机的 GPS 超出了 VHF 天线的范围,因此我们没有确切的位置。

接下来是一个悲惨的、脖子酸痛的下午,我们抬头盯着树木,寻找无人机的任何踪迹。我们搜索的区域是丘陵地带,有一些巨大的树木,这让我们认为该装置可能误判了它的高度(无人机的传感器有相当大的变化),并撞到了其中一棵树上。我们确实试图通过讨论更疯狂的理论来保持精神振奋,例如无人机被猛禽击落或壮观地坠毁。然而,我们的搜索仍然徒劳无功,直到天色开始变黑,我们放弃了当天的努力,沮丧地跋涉回营地。

James Askew is a PhD candidate in Integrative and Evolutionary Biology at the University of Southern California Jane Goodall Research Center. His research is focused on orangutan behavior, specifically the "long call" and its role in social and reproductive relationships. Over the next 18 months he will be running a comparative study of three different populations at sites in Borneo and Sumatra. His advisors are Drs. Craig Stanford and Roberto A. Delgado, Jr. James discovered an interest in apes after visiting the mountain gorillas of Rwanda while backpacking in Africa as an undergraduate in Marine Biology and Coastal Ecology at the University of Plymouth. As a result, he completed a Masters in Animal Behavior at the University of Exeter, where he first studied orangutan vocal communication for his thesis. When not sweating in the field, James lives in Hollywood with his girlfriend and their overweight cat Mabel. He enjoys reading, filmmaking and playing/watching soccer (especially Arsenal). This research wouldn't be possible without funding from the University of Southern California Dornsife College of Letters, Arts, and Sciences, the Foster Endowment, and Sigma Xi Grants in Aid of Research. Nor would it be possible without James' collaborator NGOs: the Sumatran Orangutan Conservation Project, the Orangutan Tropical Peatland Project and the Kutai Orangutan Project. All are fantastic organizations working to conserve Indonesia's rainforests!

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