Drony lub bezzałogowe statki powietrzne (UAV) są w rzeczywistości technologią niedostatecznie wykorzystywaną w zarządzaniu dziką przyrodą, pomimo szerokiego zakresu potencjalnych zastosowań. Jednak drony są nowym narzędziem zapewniającym bezpieczniejszą, tańszą i cichszą alternatywę dla tradycyjnych metod badania megafauny morskiej w środowisku naturalnym.
Mają liczne zalety w monitorowaniu dzikiej przyrody i ochronie przyrody, ponieważ są tańsze niż załogowe statki powietrzne. Mogą być obsługiwane w miejscu i na niższych wysokościach i dźwiękach, a ich użycie jest niezależne od światła dziennego.
Na szczęście drony są obecnie testowane na całym świecie pod kątem liczenia dzikich reniferów w otwartych siedliskach górskich i kopytnych w lasach sosnowych i bukowych w krajach takich jak Polska. Wraz z rozwojem technologii i wzrostem rynku, drony stają się przystępne cenowo dla zarządzających dziką przyrodą, właścicieli gruntów i innych interesariuszy zaangażowanych w zarządzanie dziką przyrodą.
Drony z odpowiednimi czujnikami mogą sprostać wyzwaniom technologicznym stojącym przed konwencjonalnymi technikami. Technologia ta może omijać przeszkody podczas lotu, zapewnia miejsce na dostosowanie wysokości i staje się coraz bardziej obiecującym narzędziem ochrony w monitoringu ekologicznym. Technologia ma potencjał do szybszego wdrożenia niż satelity czy załogowe samoloty. Jest również przydatny dla gatunków dzikich zwierząt, które są wrażliwe na techniki badań gruntu. Dane oparte na UAV dostarczają przydatnych informacji na temat szybkiego reagowania na zarządzanie i mogą znacznie uzupełnić konwencjonalne techniki stosowane w badaniach opartych na dzikiej przyrodzie, monitoringu ekologicznym, ochronie i praktykach zarządzania.
To nie same drony, ale kamery zamontowane na dronach decydują o użyteczności. W monitorowaniu zwierząt homeotermicznych kamery termowizyjne (TIR), które rejestrują ciepło emitowane z organizmu, mogą być skuteczniejsze niż kamery optyczne (RGB), które rejestrują światło odbite przez ciało, zwłaszcza jeśli gatunek jest nieuchwytny, trudno go optycznie odróżnić od otoczenia .
Skuteczność wykrywania przy użyciu TIR zależy od wysokości lotu, kąta kamery, temperatury i wilgotności otoczenia i atmosfery, temperatury skóry/włosów zwierzęcia oraz jego zachowania i wyboru siedliska.
W przypadku badań roślinności kamery wielospektralne, które oprócz RGB mierzą NIR w bliskiej podczerwieni, są przydatne do szacowania np. znormalizowanego wskaźnika różnicowego wegetacji NDVI w celu przechwytywania informacji o biomasie żywej zielonej roślinności danej rośliny lub działki wegetacyjnej.
W przypadku mapowania roślinności rolniczej obrazy muszą zwykle nakładać się na siebie w około 70%, aby tworzyć mapy wysokiej jakości. Zmiany warunków oświetleniowych podczas zbierania danych mogą powodować poważne błędy w mapach roślinności, często postrzegane jako paski na mapie i muszą być brane pod uwagę podczas przetwarzania danych.
Drony obejmują różne rodzaje i rozmiary sprzętu, od zaledwie kilkuset gramów do tysięcy kilogramów. Wojskowe zastosowanie UAV od dawna jest siłą napędową rozwoju technicznego. Mimo to, zwłaszcza w ciągu ostatnich dziesięcioleci, użytkownicy rolnicy, meteorolodzy i związani z zasobami naturalnymi zaczęli coraz częściej korzystać z UAV.
Najbardziej odpowiednie typy do ochrony przyrody i monitorowania dzikiej przyrody to drony wielowirnikowe i drony stałopłatowe. Drony wielowirnikowe oferują możliwość pionowego startu i lądowania z dobrą dokładnością danych dzięki możliwości precyzyjnego kontrolowania pozycji i orientacji kamery. Ograniczona prędkość i czas lotu ograniczają ich zastosowanie w monitorowaniu rozległych obszarów. Drony ze stałym skrzydłem mają dłuższe czasy lotu ze względu na efektywne wykorzystanie mocy i zwykle latają wyżej niż drony wielowirnikowe, aby pokonywać większe obszary w tym samym czasie lotu. Wadami są niezdolność do zawisu w jednym miejscu bez ruchu, potrzeba pasa startowego lub katapulty podczas startu oraz specyficzne wyposażenie do lądowania, takie jak spadochron. Oba typy można zaprogramować tak, aby podążały za określonymi, wcześniej określonymi trasami lotu.
Ostatnie postępy w dziedzinie dronów, sztucznej inteligencji i zminiaturyzowanych systemów obrazowania termicznego sprawiły, że jest on bardziej elastyczny, przystępny cenowo i dokładny do obserwacji z powietrza ssaków kopytnych. Szacuje się, że badanie UAV obejmujące obszar 100 ha jest około 10 razy mniej czasochłonne niż analogiczne badania oparte na tradycyjnych wizytach terenowych. Przeglądając różne badania, naukowcy doszli do wniosku, że drony liczą dziką przyrodę dokładniej i dokładniej niż ludzie.
Jednak w większości przypadków liczenie zwierząt z badań lotniczych nadal odbywa się ręcznie, widoczna jest potrzeba automatyzacji przetwarzania danych. Automatyzacja może również pomóc w niezawodnym korzystaniu z różnych systemów monitorowania, ponieważ obecnie ręczne liczenie może znacznie zmniejszyć wyniki gęstości zaludnienia. W Australii makropody (kangury) liczono zarówno w helikopterach, jak i dronach z kamerami optycznymi, w wyniku czego dron oferuje znacznie mniejszą gęstość makropodów w porównaniu z helikopterem (odpowiednio 3,2 vs. 53,8 zwierząt km2). Analiza luk badawczych dotyczących afrykańskiego pomoru świń przeprowadzona przez Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA, 2019) zidentyfikowała drony (zwłaszcza te wyposażone w kamery termowizyjne) jako ważne źródło danych.
UAV stały się coraz bardziej popularnym narzędziem do badań dzikiej przyrody; luki badawcze i wyzwania zostały zidentyfikowane w kilku badaniach przeglądowych. Badacze dokonali przeglądu zastosowań dronów pod kątem ochrony na obszarach chronionych, podkreślili potencjalne wyzwania, które mogą pomóc w kierowaniu przyszłymi badaniami w tej dziedzinie, przedstawili krótką klasyfikację platform zgodnie z charakterystyką i zastosowaniem oraz ogólny przegląd czujników i urządzeń połączonych z dronami.
Zebrali również zalecenia dotyczące strategii obserwacyjnych do monitorowania zwierząt za pomocą UAV wyposażonych w kamery termowizyjne. Wczesny poranek jest zalecany do badań termicznych ze względu na maksymalny kontrast między obiektem docelowym a tłem.
Jednak głównymi wyzwaniami metody opartej na danych termicznych UAV są trudności w identyfikacji gatunków ze względu na stosunkowo niską rozdzielczość kamer termowizyjnych, przepisy ograniczające operacje dronów do wizualnej linii widzenia i dużą zależność od pogody.
Wyzwania związane z dronami w monitorowaniu dzikiej przyrody
Istnieje wiele wyzwań związanych z zastosowaniem dronów w różnych typach siedlisk dla ssaków jako osobników, pojedynczych gatunków lub grup wielu gatunków jednocześnie.
1. Wymogi prawne i etyczne
Niedawne pojawienie się technologii dronów i jej cywilnych zastosowań wywołało prawne i etyczne organy regulacyjne w wielu krajach. Wymogi pozwolenia, w tym wizualna linia widzenia (VLOS), ograniczają efektywne wykorzystanie UAV w pracach badawczych środowiskowych i konserwatorskich. Istnieją względy prawne i etyczne regulujące jego użycie, w zależności od pięciu kluczowych aspektów:rodzaju, wielkości, przeznaczenia, położenia geograficznego związanego z obszarami o ograniczonym dostępie, przestrzegania określonych procedur prawnych lub administracyjnych, prywatności ludzi itp. W związku z tym uzyskiwanie zezwoleń na loty drony w większości krajów zajmują dużo czasu ze względu na znaczne ograniczenia.
2. Wyzwania techniczne
Zastosowanie małych dronów nie wymaga wyrafinowanych umiejętności. Jednak niezbędne umiejętności techniczne są nieuniknione, aby zapewnić bezpieczne operacje dronów i przetwarzanie obrazu w celu generowania danych w celu spełnienia wcześniej ustalonych celów monitorowania ekologicznego. Obejmuje to odpowiednie planowanie i wykonanie misji lotniczych. Inne wyzwania techniczne związane z dronami obejmują ograniczenia mocy i aspekty niskiego czasu lotu, które mogą wpływać na ich wydajność.
3. Warunki pogodowe
Kolejnym dużym wyzwaniem są różne warunki pogodowe, które mają różny wpływ na wydajność lotu drona. Na przykład zachmurzenie, mgła, mgła i glazura powodują umiarkowany wpływ, podczas gdy wiatr i turbulencje, temperatura, deszcz, wilgotność, śnieg i burze słoneczne powodują niekorzystne skutki. Poważny wpływ na wydajność dronów jest spowodowany głównie przez huragany, oświetlenie, hale i tornada.