无人机鳄鱼调查
Clément Aubert
这一标准化解决方案结合了无人机技术和创新的异速测量方法，用于监测和评估面临重大威胁的鳄鱼种群，这些威胁导致鳄鱼种群数量下降，27 个鳄鱼物种中有 50%受到威胁，25%极度濒危。配备了高分辨率相机的无人机甚至可以捕捉到部分浸没鳄鱼的图像，从而可以根据头与身体的重量比进行精确、非侵入式的长度估算。这种方法克服了传统调查中的后勤限制、成本、对训练有素人员的需求、观察者偏差、可探测性、野生动物干扰和安全风险等挑战。通过有效覆盖偏远地区，该解决方案可加强生物多样性监测，为保护战略提供信息，并可收集大量额外信息。该解决方案成本低廉，只需最低限度的培训，可供包括原住民、当地社区和保护工作者在内的广大用户使用。
最后更新 10 Oct 2025
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自然科技奖
技术说明
该解决方案使用配备高分辨率相机的消费级无人机，对自然栖息地的鳄鱼种群进行调查。该方案制定了标准化协议，规定了最佳飞行参数，如飞行高度和飞行时间，以确保高可探测性，同时最大限度地减少对野生动物的干扰。捕捉到的图像通过一个新颖的计量学框架进行分析，该框架将头部长度与身体总长度相关联，从而无需实际捕捉即可进行准确的人口统计评估。
这种方法的创新之处在于其非侵入性、成本效益以及在偏远或交通不便地区运行的能力。其改进之处包括提高了数据的准确性，增强了操作人员的安全性，并为今后的监测工作建立了永久性的照片记录。该技术具有可扩展性，只需要基本的无人机操作培训，因此当地社区和保护利益相关者都可以使用。一项重大进展是开发了体型估计模型，为全球 27 种鳄鱼中的 17 种提供了易于使用的表格（abaques）。所有利益攸关方，包括土著人民和地方社区（IPLCs）、保护工作者，都可以使用和理解这些表格，从而促进了广泛采用，并增强了不同用户积极参与生物多样性保护的能力。
捐助者和资金
- 国家科学研究中心（CNRS）
- 自然保护行动（NCA）
- 世界自然保护联盟（IUCN）/南极洲自然保护联盟（SSC）鳄鱼专家小组
- 蒙彼利埃大学学生倡议团结与发展基金会
- 欧洲鳄鱼网络会议
- Mecistops 项目
- 生物圈基金会
- Mecistops 项目
Ondulia 可再生能源集团
背景
应对的挑战
环境：传统的鳄鱼调查可能具有入侵性，在后勤方面受到限制，并受到观察者偏见的影响。鳄鱼面临着巨大的威胁，包括栖息地丧失、污染、入侵物种、气候变化、非法活动以及人类与鳄鱼的冲突，导致某些物种的数量下降高达 80%。在 27 个鳄鱼物种中，13 个物种（50%）受到威胁，7 个物种（25%）极度濒危，使其成为最危险的分类群体之一。
社会：人类在水生栖息地附近的扩张加剧了人类与鳄鱼的冲突，造成攻击、经济损失和负面看法。社区参与保护的程度有限，包括工具和培训不足。成本效益高的解决方案，如无人机，可增强土著人民和当地社区的能力，促进积极参与和增强能力。
经济性：传统的监测费用昂贵，限制了资金不足地区的长期保护工作。无人机提供了一种可扩展、负担得起的替代方案，既降低了成本，又提高了数据的可靠性。
地点
西非和中非
北非
东非和南非
加勒比地区
中美洲
南美洲
北美
东南亚
南亚
大洋洲
过程
过程概述
这些组成部分相辅相成，确保保护工作取得成功。标准化规程（模块 1）提供一致的数据收集，而规模估算模型（模块 2）则通过对人口的深入了解增加价值。所开发方法和工具的易用性和成本效益促进了其部署和推广（模块 3），允许当地利益相关者参与（模块 4）确保了当地的所有权，提高了方法的可持续性。最后，机载技术和人工智能集成的发展（模块 5）提高了数据分析的效率和可扩展性。这些组成部分共同创建了一个强大的框架，既能适应保护挑战，又可供所有参与保护的利益相关者使用。
积木
1) 标准化的无人机调查协议
这一组成部分为有效监测鳄鱼建立了标准化的飞行参数
经验教训
鳄鱼可以被近距离接近（高度为 0.10 米），消费级无人机在 40-60 米的高度不会引起西非大型哺乳动物和鸟类的飞行反应。高度和其他飞行参数并不影响可探测性，因为高分辨率照片可以进行精确计数。观察者的经验、野外条件（如风、阳光反射）和地点特征（如植被、均匀性）都对可探测性有很大影响。基于无人机的鳄鱼调查应在一天的前三分之一时间从 40 米的高度进行。与传统方法相比，无人机调查具有以下优势：尺寸估计精确、干扰较少、能够覆盖更大和更偏远的区域。无人机拍摄的调查照片可以进行可重复、可量化的栖息地评估，发现侵占和其他非法活动，并留下永久记录。
总体而言，无人机为调查鳄类动物种群提供了宝贵且具有成本效益的替代方法，同时还带来了令人信服的次级效益，尽管它们可能并不适合所有情况和所有物种。
2) 利用模型从无人机拍摄的图像中估算鳄鱼的总长度
了解人口结构对野生动物研究和保护至关重要。对于鳄科动物来说，准确估算总长度和种群等级通常需要近距离观察或捕捉，通常是捕捉部分浸入水中的个体，这可能会导致不准确性和风险。无人机技术为分类提供了一种无偏差、更安全的替代方法。本研究评估了无人机照片结合头长异构关系估算总长度的有效性，并提出了基于无人机的鳄鱼人口分类标准化方法。
经验教训
该方法通过无人机摄影应用于野生鳄科动物。与摄影测量软件产生的地面采样距离（GSD）误差相比，地形影响较小。异速框架对不同物种长度的预测准确率在≃11-18%之间，个体间的自然异速变化可以解释其中的大部分差异。与主观且有风险的传统方法相比，我们基于无人机的方法客观、高效、快速、廉价、非侵入性且安全。
3) 用于估算鳄鱼体型的异速几何学框架
异速框架是一种非侵入式工具，旨在根据通过高分辨率无人机图像捕捉到的鳄鱼头部长度测量值估算鳄鱼的总体长。通过利用已确定的特定物种头身长度比，该方法无需进行实际捕捉或处理，从而降低了研究人员和野生动物的风险。经过对 27 个鳄鱼物种中 17 个物种的验证，该框架可以提供对种群监测和保护管理至关重要的可靠人口统计数据。
该框架采用易读的表格（abaques），非专业人员也可以使用，操作人员无需高级科学专业知识即可快速应用该方法。
4) 通过无人机技术增强当地利益攸关方的能力
该模块旨在培养包括土著人民和当地社区 (IPLC) 在内的当地利益攸关方操作无人机的能力，使他们能够在保护工作中发挥积极作用。
所采用方法的易用性：
- 只需最低限度的技术技能：
用户只需接受无人机操作和从高分辨率图像中提取测量数据方面的基本培训。操作过程简单明了：- 按照标准化飞行协议驾驶无人机。
- 在俯拍图像上标记鳄鱼。
- 使用可用的图像分析工具（如 ImageJ、QGIS）测量可见头长。
- 应用相应的异速方程或从预先准备好的表格（abaques）中查找，以估算总长度。
- 适应性强：
该框架使用易于阅读的表格（abaques），使专业人员和非专业人员都能使用，操作人员无需高级科学专业知识即可快速应用该方法。 - 易于使用的设备：
该方法依赖于消费级无人机和广泛使用的软件，确保经济实惠，减少采用障碍。
为什么有效？
该框架的简易性、可扩展性和可靠性使其适用于从偏远湿地到城市周边栖息地等各种环境。它使广大用户能够生成科学可靠的数据。
5) 车载技术的发展与人工智能的融合
机载技术和人工智能集成的进步蕴含着巨大潜力，可进一步加强现有的基于无人机的鳄鱼监测方法。无人机硬件的改进，如延长飞行时间和提高相机分辨率的混合机型，可使栖息地覆盖范围更广，并在复杂环境中捕捉到更详细的图像。整合人工智能（AI）是简化图像分析的一个重要机会，可以利用异构模型自动检测鳄鱼并估算其大小。这些人工智能驱动的增强功能可提供近乎实时的数据处理，减少对耗时的人工分析的依赖。
这种改进目前正在开发中。2025 年 4 月，我们与恩贡代雷大学的学生和青年研究人员以及当地非政府组织在喀麦隆开展了一项实验研究，使用配备热像仪和探照灯的无人机，包括人工智能辅助的自动数据处理。
经验教训
目前正在分析这些数据，并将予以公布
影响
这项首次使用无人机监测鳄鱼的研究取得了重大成果，并在两份同行评审的科学杂志上发表。经过优化的飞行能够探测、精确识别和测量鳄鱼。通过将高分辨率图像与异速表相结合，对 27 种鳄鱼中的 17 种进行了可靠的体型估计（准确率在 11-18% 之间）。这些数据对于评估尼日尔 W 国家公园鳄鱼种群的人口结构至关重要。
这种方法的优势在于，它可以由各种环境利益相关者轻松实施，而不需要特别先进的无人机和鳄鱼技能或经验。此外，与传统方法相比，这种方法的设置成本更低。 基于无人机的方法可以在不捕捉鳄鱼的情况下探测到鳄鱼并准确估算出鳄鱼的总长度，研究人员、管理人员以及所有利益相关者（如原住民和当地社区）都应将其视为一种可行的方法。这一解决方案是专门为所有人开发的。
这项研究汇集了来自 20 多个国家的 22 名研究人员和鳄鱼保护专家。它收集了来自 17 个鳄鱼物种的 7368 个生物测量数据，创建了世界上最大的数据库，该数据库将用于其他各种主题的研究。
这种方法正被越来越多地用于
受益人
该解决方案是专为广泛的利益相关者设计和开发的，包括学术和研究机构、保护区管理者、非政府组织、保护组织以及当地社区和原住民。
此外，请说明您的解决方案的扩展潜力。能否复制或扩展到其他地区或生态系统？
可扩展性和地域潜力
为基于无人机的鳄鱼监测而开发的方法在地域和各种生态系统方面都具有巨大的扩展潜力。90 多个国家至少有一种鳄鱼，约占世界总数的一半。虽然这种方法目前还不适用于森林物种，但至少可以用于一半的鳄鱼物种。由于使用了消费级无人机和可适应不同环境的标准化协议，这种方法具有很强的通用性。再加上无人机技术的可及性，使该解决方案成为一种可在全球复制和推广的模式。
在缓解人鳄冲突和生物多样性监测中的应用
在人类与鳄鱼冲突（HCC）普遍存在的地区，该解决方案可以通过绘制鳄鱼栖息地地图和确定与人类活动互动的热点，为缓解冲突的努力提供支持。除鳄鱼外，无人机方法还能同时收集栖息地信息、识别威胁并监测其他水生或半水生物种。无人机的非侵入性和在具有挑战性的地形中作业的能力使其适用于各种生态系统的生物多样性调查。
成本效益和社区赋权
该解决方案简单易行，成本效益高，可在资源匮乏的环境中实施。它的易用性使其适用于众多参与者，可用于以社区为基础的保护项目。这种方法促进了土著人民和当地社区的能力建设和赋权，大大提高了其部署的可扩展性和影响力。
开放获取和技术援助
通过两篇经同行评审的科学论文，该解决方案和所开发的工具完全可以公开获取。此外，我还在 "自然与人类雄心联盟"（HAC for N&P）的 "HAC 30x30 技术援助配对在线平台 "上为提出要求的保护利益相关者提供技术援助，帮助他们部署这一解决方案。世界自然保护联盟（IUCN）物种生存委员会（SSC）鳄鱼专家小组（CSG）的无人机工作组也在讨论该方法。鳄鱼专家组的一些成员已经在使用这一解决方案。
正在进行和未来的发展
这种方法需要在其他物种和其他情况下进行更多研究。我正在喀麦隆开展工作，以进一步开发和改进这种方法，特别是通过使用热传感器和手电筒设备来进行无人机夜间清查，并将人工智能集成到鳄鱼和河马的数量统计中，这已经提供了非常有趣的初步结果。未来将整合混合无人机，并开发强大和多样化的人工智能工具。我们正在与其他研究人员和 Pl@ntNet 团队合作，共同推进这些进展，以提高解决方案的效率和适用性。
全球生物多样性框架 (GBF)
GBF 目标 4 - 阻止物种灭绝、保护遗传多样性并管理人类与野生动物的冲突
全球生物多样性框架》目标 20：加强生物多样性方面的能力建设、技术转让和科技合作
可持续发展目标
可持续发展目标 14--水下生命
可持续发展目标 15--陆地生活
可持续发展目标 17--目标伙伴关系
故事
与象牙海岸多胡安社区共同参与爬行动物和两栖动物目录编制工作
Michiel van Noppen
一切都始于几年前我在巴拿马史密森尼热带研究所实习期间。我有机会测试了一架小型无人机，当时无人机在生态学中的应用还很罕见。这次经历立即激发了我应用无人机的想法，尤其是在监测鳄鱼方面，因为传统的调查方法对鳄鱼来说是个挑战。当时，还没有任何研究探讨过将无人机用于这一分类群的特定目的。
在资源有限的情况下，我决定启动一个小项目，由于缺乏足够的资金进行初步的试点可行性研究，我投入了精力甚至个人资金。幸运的是，这项试点研究取得了非常可喜的成果，让我得以继续努力并发展它。
我很高兴能够让世界自然保护联盟鳄鱼专家小组的部分成员参与到这个项目中来，利用过去50年来通过鳄鱼研究收集的生物特征数据，将这种方法推广到大多数鳄鱼物种。这项工作使我能够为保护利益相关者设计出一种有效、包容且经济实惠的解决方案，重点关注一个重要类群：鳄鱼--90 多个国家淡水生态系统中的顶级捕食者。尽管鳄鱼是其栖息地的关键物种，但对它们的研究仍然不足。鉴于与水生栖息地保护、水资源管理和人类与鳄鱼冲突相关的挑战与日俱增，这一解决方案有助于应对当前和未来的保护挑战。
通过攻读博士学位，我将技术改造和基于社区的鳄鱼保护战略结合起来，从而进一步推动了这一方法的发展。与此同时，我还共同创立并主持了自然保护行动组织（Nature Conserv'Action），该组织致力于支持由原住民、当地社区和当地非政府组织领导的保护行动。我们采用跨学科的方法，将科学研究、保护管理、缓解人类与野生动物之间的冲突以及提高认识融为一体。
今天，我很自豪能为推广包容性的保护方法做出贡献，这种方法强调了将原住民和当地社区与保护项目联系起来的重要性。通过考虑社会、经济和环境因素，这种方法提高了保护项目的成功率和可持续性。目前，我和我的团队正在大自然保护行动组织内以长远的眼光开展这项工作和这些方法。
