Использование дронов для неинвазивного мониторинга и оценки популяций крокодилов - обобщающий и доступный инструмент для заинтересованных сторон в сохранении природы
Полное решение
Исследование крокодилов с помощью беспилотника
Clément Aubert
Это стандартизированное решение сочетает в себе технологию дронов и инновационный аллометрический подход для мониторинга и оценки популяций крокодилов, которые сталкиваются со значительными угрозами, приводящими к сокращению численности популяции. 50% из 27 видов крокодилов находятся под угрозой исчезновения, а 25% - под критической угрозой. Дроны, оснащенные камерами высокого разрешения, получают изображения даже частично погруженных в воду крокодилов, что позволяет точно, неинвазивно оценить длину популяции, основываясь на аллометрических соотношениях головы и тела. Этот метод позволяет преодолеть такие проблемы, как логистические ограничения, стоимость, необходимость в высококвалифицированном персонале, предвзятость наблюдателей, возможность обнаружения, беспокойство дикой природы и риски безопасности, характерные для традиционных исследований. Благодаря эффективному охвату удаленных территорий это решение позволяет улучшить мониторинг биоразнообразия, обосновать стратегии сохранения и собрать широкий спектр дополнительной информации. Это решение очень дешево, требует минимального обучения и доступно широкому кругу пользователей, включая коренные народы и местные общины, а также специалистов по охране природы.
Последнее обновление: 10 Oct 2025
140 Просмотров
Премия Tech4Nature
Описание технологии
Для исследования популяций крокодилов в их естественной среде обитания используются беспилотные летательные аппараты потребительского класса, оснащенные камерами высокого разрешения. Был разработан стандартизированный протокол, определяющий оптимальные параметры полета, такие как высота и время суток, чтобы обеспечить высокую обнаруживаемость и при этом минимизировать беспокойство диких животных. Полученные изображения анализируются с помощью новой аллометрической системы, которая соотносит длину головы с общей длиной тела, что позволяет проводить точные демографические оценки без необходимости физического отлова.
Этот подход является инновационным благодаря своей неинвазивности, экономичности и возможности работы в отдаленных или труднодоступных районах. Улучшения включают в себя повышенную точность данных, повышенную безопасность оператора и создание постоянной фотографической записи для будущего мониторинга. Технология масштабируема и требует лишь базового обучения управлению беспилотником, что делает ее доступной для местных сообществ и заинтересованных природоохранных организаций. Важным достижением является разработка моделей оценки размеров, которые представляют собой простые в использовании таблицы (abaques) для 17 из 27 видов крокодилов во всем мире. Эти таблицы доступны и понятны всем заинтересованным сторонам, включая коренные народы и местные общины (КМНС), специалистов-практиков по охране природы, что способствует широкому распространению и дает возможность различным пользователям активно участвовать в сохранении биоразнообразия.
Доноры и финансирование
- Национальный центр научных исследований (CNRS)
- Nature Conserv'Action (NCA)
- Группа специалистов по крокодилам МСОП/СЮН
- Фонд солидарности и развития инициатив студентов Университета Монпелье
- Европейское сетевое совещание по крокодилам
- Проект Мечистопс
- Фонд Биотоп
- Projet Mecistops
Groupe Ondulia Energie Renouvelables
Контекст
Решаемые задачи
Экология:Традиционные исследования крокодилов могут быть инвазивными, логистически ограниченными и подверженными предвзятости наблюдателей. Крокодилы сталкиваются со значительными угрозами, включая потерю среды обитания, загрязнение, инвазивные виды, изменение климата, незаконную деятельность и конфликты между человеком и крокодилами, что приводит к сокращению популяции некоторых видов на 80%. Из 27 видов крокодилов 13 (50%) находятся под угрозой исчезновения, а 7 (25%) - под критической угрозой, что делает их одной из наиболее уязвимых таксономических групп.
Социальная сфера:Распространение человека вблизи водных сред обитания обостряет конфликты между человеком и крокодилом, вызывая нападения, экономические потери и негативное восприятие. Ограниченное участие общин в сохранении природы, включая неадекватные инструменты и обучение. Экономически эффективные решения, такие как беспилотники, расширяют возможности коренных народов и местных сообществ, способствуя активному участию и расширению прав и возможностей.
Экономика:Традиционный мониторинг является дорогостоящим, что ограничивает долгосрочное сохранение природы в регионах с недостаточным финансированием. Беспилотники предлагают масштабируемую и доступную альтернативу, снижая затраты и повышая достоверность данных
Расположение
Западная и Центральная Африка
Северная Африка
Восточная и Южная Африка
Карибы
Центральная Америка
Южная Америка
Северная Америка
Юго-Восточная Азия
Южная Азия
Океания
Процесс
Краткое описание процесса
Эти элементы дополняют и усиливают друг друга для обеспечения успешных результатов сохранения. Стандартизированные протоколы (Строительный блок 1) обеспечивают последовательный сбор данных, а модели оценки численности (Строительный блок 2) повышают ценность благодаря демографическим данным. Простота использования и экономическая эффективность метода и разработанных инструментов способствует их внедрению и обобщению (Строительный блок 3), а возможность привлечения местных заинтересованных сторон (Строительный блок 4) обеспечивает местное участие, повышая устойчивость подхода. Наконец, развитие бортовых технологий и интеграция искусственного интеллекта (Строительный блок 5) повышает эффективность и масштабируемость анализа данных. Вместе эти компоненты создают надежную систему, адаптируемую к задачам сохранения природы и доступную для всех заинтересованных сторон, участвующих в сохранении природы.
Строительные блоки
1) Стандартизированные протоколы съемки с помощью беспилотников
Этот блок устанавливает стандартизированные параметры полета для эффективного мониторинга крокодилов
Извлеченный урок
Крокодилы могут приближаться на близкое расстояние (высота 10 м), а беспилотники потребительского класса не вызывают реакции на полет западноафриканских крупных млекопитающих и птиц на высоте 40-60 м. Высота и другие параметры полета не влияли на обнаруживаемость, поскольку фотографии высокого разрешения позволяли вести точный подсчет. Опыт наблюдателя, полевые условия (например, ветер, отражение солнца) и характеристики местности (например, растительность, однородность) существенно влияли на обнаруживаемость. Учеты крокодилов с помощью дронов следует проводить с высоты 40 м в первой трети дня. Беспилотные исследования имеют преимущества перед традиционными методами, включая точную оценку размеров, меньшее беспокойство и возможность охватить большие и более удаленные территории. Фотографии, сделанные с помощью беспилотников, позволяют проводить повторяемые и количественные оценки среды обитания, выявлять случаи вторжения и другие незаконные действия, а также оставлять постоянную запись.
В целом, беспилотники предлагают ценную и экономически эффективную альтернативу для обследования популяций крокодилов с убедительными вторичными преимуществами, хотя они могут быть пригодны не во всех случаях и не для всех видов.
2) Оценка общей длины крокодилов по снимкам, сделанным дронами, с помощью модели
Понимание демографической структуры жизненно важно для изучения и сохранения дикой природы. Для крокодилов точная оценка общей длины и демографического класса обычно требует тщательного наблюдения или отлова, часто частично погруженных особей, что приводит к потенциальной неточности и риску. Беспилотные технологии предлагают беспристрастную и более безопасную альтернативу для классификации. В данном исследовании оценивалась эффективность фотографий, сделанных с помощью дронов, в сочетании с аллометрическими зависимостями длины головы для оценки общей длины, а также предложен стандартизированный метод демографической классификации крокодилов с помощью дронов.
Извлеченный урок
Для 17 видов крокодилов была разработана аллометрическая схема корреляции между длиной головы и общей длиной, включающая доверительные интервалы для учета источников неточности (например, точности аллометрии, наклона головы, смещения наблюдателя, изменчивости рельефа). Влияние рельефа оказалось менее значительным, чем ошибки фотограмметрического программного обеспечения, связанные с расстоянием между образцами земли (GSD). Аллометрическая схема предсказала длину с точностью ≃11-18 % для всех видов, причем естественные аллометрические различия между особями объясняют большую часть этого диапазона. По сравнению с традиционными методами, которые могут быть субъективными и рискованными, наш подход, основанный на использовании дронов, является объективным, эффективным, быстрым, дешевым, неинвазивным и безопасным.
3) Аллометрическая структура для оценки размеров крокодилов
Аллометрическая схема - это неинвазивный инструмент, предназначенный для оценки общей длины тела крокодилов на основе измерения длины их головы, снятой с помощью беспилотных летательных аппаратов высокого разрешения. Используя установленные видовые соотношения длины головы и тела, этот метод исключает необходимость физического захвата или обработки, снижая риски как для исследователей, так и для диких животных. Эта система, проверенная на 17 из 27 видов крокодилов, позволяет получать надежные демографические данные, необходимые для мониторинга популяций и управления охраной природы.
В системе используются легко читаемые таблицы (abaques), что делает ее доступной для неспециалистов, операторы могут быстро применять метод, не требуя глубоких научных знаний.
4) Расширение возможностей местных заинтересованных сторон с помощью беспилотных технологий
Этот строительный блок предназначен для наращивания потенциала местных заинтересованных сторон, включая коренные народы и местные общины (КМНС), для управления беспилотниками, что позволит им играть активную роль в сохранении природы.
Простота использования разработанного метода:
- Требуются минимальные технические навыки:
Пользователям требуется лишь базовая подготовка по управлению беспилотником и извлечению измерений из изображений высокого разрешения. Процесс прост:- Управляйте дроном, следуя стандартному протоколу полета.
- Отметьте крокодилов на снимках сверху.
- Измерьте видимую длину головы с помощью доступных инструментов анализа изображений (например, ImageJ, QGIS).
- Примените соответствующее аллометрическое уравнение или воспользуйтесь заранее подготовленными таблицами (abaques) для оценки общей длины.
- Легко адаптируется:
В системе используются легко читаемые таблицы (abaques), что делает ее доступной как для специалистов, так и для неспециалистов, поскольку операторы могут быстро применить метод, не требуя глубоких научных знаний. - Доступное оборудование:
Подход основан на использовании беспилотных летательных аппаратов потребительского класса и широко распространенного программного обеспечения, что обеспечивает доступность и снижает барьеры для внедрения.
Почему он эффективен:
Простота, масштабируемость и надежность системы делают ее идеальной для использования в различных условиях - от удаленных болот до городской среды обитания. Она позволяет широкому кругу пользователей генерировать научно обоснованные данные.
5) Эволюция бортовых технологий и интеграция искусственного интеллекта
Развитие бортовых технологий и интеграция искусственного интеллекта имеют большой потенциал для дальнейшего совершенствования существующего метода мониторинга крокодилов с помощью дронов. Усовершенствование оборудования для беспилотников, например, гибридных моделей с увеличенным временем полета и камерами с повышенным разрешением, позволяет расширить охват среды обитания и получать более детальные снимки в сложных условиях. Интеграция искусственного интеллекта (ИИ) открывает широкие возможности для рационализации анализа изображений путем автоматизации обнаружения крокодилов и оценки их размеров с помощью аллометрических моделей. Эти усовершенствования, основанные на искусственном интеллекте, могут обеспечить обработку данных практически в режиме реального времени, уменьшая зависимость от трудоемкого ручного анализа.
В настоящее время эти усовершенствования находятся в стадии разработки. В апреле 2025 года мы провели экспериментальное исследование в Камеруне с участием студентов и молодых ученых из Университета Нгаундере и местных НПО, используя беспилотники, оснащенные тепловизорами и прожекторами, и включая автоматизированную обработку данных с помощью ИИ.
Извлеченный урок
В настоящее время данные анализируются и будут опубликованы
Воздействие
Это первое исследование по использованию беспилотников для мониторинга крокодилов дало значительные результаты и было опубликовано в двух рецензируемых научных журналах. Оптимизированные полеты позволили обнаружить, точно идентифицировать и измерить крокодилов. Сочетание снимков высокого разрешения с аллометрическими таблицами позволило получить достоверные оценки размеров для 17 из 27 видов крокодилов (с точностью до 11-18%). Эти данные были крайне важны для оценки демографической структуры популяций Crocodylus suchus в Национальном парке W, Нигер.
Преимущество этого подхода заключается в том, что он может быть легко реализован различными заинтересованными сторонами в области охраны окружающей среды, не требуя особо развитых навыков или опыта работы с беспилотниками и крокодилами. Кроме того, он дешевле в установке, чем традиционные методы Методы, основанные на использовании дронов, позволяют обнаружить крокодилов и надежно оценить их общую длину без их отлова, и должны рассматриваться как жизнеспособный подход исследователями, менеджерами и всеми заинтересованными сторонами, такими как коренные народы и местные общины. Это решение было специально разработано для использования всеми желающими.
В исследовании приняли участие 22 ученых и специалистов по охране крокодилов из более чем 20 стран. Было собрано 7 368 данных биометрических измерений 17 видов крокодилов для создания крупнейшей в мире базы данных, которая будет использована для других исследований по различным темам.
Этот метод находит все большее применение
Бенефициары
Это решение было специально разработано и создано для использования широким кругом заинтересованных сторон, включая академические и исследовательские институты, управляющих охраняемыми территориями, НПО, природоохранные организации, а также местные общины и коренные народы.
Кроме того, объясните потенциал масштабируемости вашего решения. Можно ли его тиражировать или распространить на другие регионы или экосистемы?
Масштабируемость и географический потенциал
Разработанный метод мониторинга крокодилов с помощью дронов демонстрирует значительный потенциал для масштабирования, как в географическом плане, так и в различных экосистемах. По крайней мере, один вид крокодилов обитает более чем в 90 странах, или примерно в половине стран мира. Хотя в настоящее время этот метод не подходит для лесных видов, его можно применить как минимум для половины видов крокодилов. Благодаря использованию беспилотников потребительского класса и стандартизированных протоколов, которые можно адаптировать к различным экологическим условиям, эта методика является очень универсальной. В сочетании с доступностью беспилотных технологий это решение позиционируется как модель, которая может быть воспроизведена и распространена по всему миру.
Применение для смягчения конфликтов между человеком и крокодилом и мониторинга биоразнообразия
В регионах, где распространены конфликты между человеком и крокодилом (HCC), решение может помочь в смягчении последствий конфликтов путем картирования мест обитания крокодилов и выявления очагов взаимодействия с деятельностью человека. Помимо крокодилов, методология беспилотников позволяет одновременно собирать информацию о среде обитания, выявлять угрозы и проводить мониторинг других водных и полуводных видов. Неинвазивный характер и способность работать в сложных условиях делают его пригодным для исследования биоразнообразия в различных экосистемах.
Экономическая эффективность и расширение прав и возможностей сообщества
Простота и экономичность решения позволяют внедрять его в условиях низких ресурсов. Его доступность делает его пригодным для широкого круга участников, что позволяет использовать его в природоохранных проектах на базе общин. Такой подход способствует наращиванию потенциала и расширению прав и возможностей коренных народов и местных сообществ, что значительно повышает масштабируемость и результативность внедрения.
Открытый доступ и техническая помощь
Данное решение и разработанные инструменты полностью доступны в открытом доступе в виде двух рецензируемых научных работ. Кроме того, я предлагаю техническую помощь в развертывании этого решения на онлайн-платформе HAC 30x30 Technical Assistance Matchmaking Online Platform Коалиции высоких амбиций в интересах природы и людей (HAC for N&P) для заинтересованных природоохранных организаций, которые попросят об этом. Методология также обсуждается в рамках рабочей группы по дронам Группы специалистов по крокодилам (CSG) Комиссии по выживанию видов МСОП (SSC). Некоторые члены Группы специалистов по крокодилам уже используют это решение.
Текущие и будущие разработки
Этот метод требует дополнительных исследований, на других видах и в других условиях. Я продолжаю работу в Камеруне по дальнейшему развитию и совершенствованию этого метода, в частности, с использованием тепловых датчиков, фонарей для проведения инвентаризации с помощью дронов в ночное время, а также интеграции искусственного интеллекта для подсчета популяций крокодилов и бегемотов, что дало очень интересные первые результаты. В будущем планируется интеграция гибридных беспилотников и разработка мощных и разнообразных инструментов искусственного интеллекта. Эти разработки ведутся в сотрудничестве с другими исследователями и командой Pl@ntNet для повышения эффективности и применимости решения.
Глобальная рамочная программа по биоразнообразию (ГРП)
Задача 4 ГБФ - остановить вымирание видов, сохранить генетическое разнообразие и урегулировать конфликты между человеком и дикой природой
Задача 20 ГБФ - Усилить создание потенциала, передачу технологий и научно-техническое сотрудничество в области биоразнообразия
Цели устойчивого развития
ЦУР 14 - Жизнь под водой
ЦУР 15 - Жизнь на земле
ЦУР 17 - Партнерство для достижения целей
История
Совместная инвентаризация рептилий и амфибий с общиной Дохуана в Береге Слоновой Кости
Michiel van Noppen
Все началось несколько лет назад во время моей стажировки в Смитсоновском институте тропических исследований в Панаме. У меня была возможность протестировать небольшой беспилотник в то время, когда их использование в экологии было еще редкостью. Этот опыт сразу же натолкнул меня на идеи по его применению, особенно для мониторинга крокодилов - группы, для которой традиционные методы исследования представляли определенные трудности. На тот момент ни одно исследование еще не изучало использование дронов для этой конкретной цели на данном таксоне.
Имея ограниченные ресурсы, я решил запустить небольшой проект, вложив в него свои силы и даже личные средства из-за отсутствия достаточного финансирования для проведения первоначального пилотного технико-экономического обоснования. К счастью, это пилотное исследование дало очень многообещающие результаты, что позволило мне продолжить работу и развить его.
Я рад, что мне удалось привлечь к участию в этом проекте часть сообщества Группы специалистов по крокодилам МСОП, используя биометрические данные, собранные в ходе исследований крокодилов за последние 50 лет, чтобы распространить этот метод на большинство видов крокодилов. Эта работа позволила мне разработать эффективное, инклюзивное и доступное решение для заинтересованных сторон, занимающихся охраной природы, сфокусированное на важнейшем таксоне: крокодилах, вершинных хищниках в пресноводных экосистемах более чем 90 стран мира. Несмотря на то, что крокодилы являются ключевыми видами в своей среде обитания, они остаются малоизученными. Учитывая растущие проблемы, связанные с сохранением водной среды обитания, управлением водными ресурсами и конфликтами между человеком и крокодилами, данное решение поможет решить эти текущие и будущие задачи по сохранению природы.
Благодаря своей докторской диссертации я смог продвинуться дальше в этом подходе, сочетая технологическую адаптацию и стратегию сохранения на базе сообщества, применяемую к крокодилам. Параллельно я являюсь одним из основателей и председателем организации Nature Conserv'Action, занимающейся поддержкой природоохранных инициатив под руководством коренных народов, местных общин и местных НПО. Мы используем трансдисциплинарный подход, который объединяет научные исследования, управление охраной природы, смягчение конфликтов между человеком и дикой природой и повышение осведомленности.
Сегодня я горжусь тем, что вношу свой вклад и продвигаю инклюзивный подход к сохранению природы, который подчеркивает важность участия коренных народов и местных общин в проектах по сохранению природы. Учитывая социальные, экономические и экологические аспекты, этот подход повышает шансы на успех и устойчивость природоохранных программ. Эта работа и эти подходы в настоящее время являются реальным проектом, который я и моя команда разрабатываем с долгосрочной перспективой в рамках Nature Conserv'Action.
