北斗导航无人机在动物保护方面的应用

薛 莲，党元晓，汪兵兵，沙 磊，孙 雯

(昌吉学院，新疆 昌吉 831100)

1 研究背景及意义

近年来，无人机行业发展迅速，不仅广泛应用于军事方面，在民用方面也越来越受到人们的关注。将无人机应用于动物保护，尤其是在农牧业比较发达的西北地区，可以代替人力，对动物进行巡视以及检测生命体征等，大大减少放牧成本、解放劳动力，也可以为野生动物的保护和研究起到非常重要的作用。近年来，无人机利用其灵活机动性好、成本较低、可靠性好等特点，在生态调查、环境监测以及生物多样性研究等方面开始大量应用[1]。尤其是北斗导航系统的应用，使得无人机在动物保护方面效率更高，因此基于北斗导航在无人机对动物保护方面的应用进行研究具有深远的意义。

1.1 北斗导航的概念及特点

北斗导航系统是当今世界上最为成熟的导航系统之一,它是由我国自主研发的全球卫星导航系统[2]。北斗导航系统是一种结合多部门、多学科、多行业以及多地域的复杂系统工程。

我国从1994年启动北斗一号系统的工程建设，起初只能为中国用户提供定位、授时、广域差分和短报文通信的服务[3]。到2020年，北斗三号系统可以面向全球范围提供定位导航授时、全球短报文通信、国际搜救等服务[4]。

如今，北斗服务已经深入我们日常生活的方方面面。我国70%以上的入网智能手机已经在使用北斗服务。利用北斗系统，手环、手表等电子产品更加可靠和便捷。共享单车通过配装北斗终端可以实现精细管理，牧民通过北斗项圈能够实现坐在家里就能放牧牛羊。北斗卫星作为我国战略新兴产业发展的重要领域，不仅在日常生活中应用越来越广，也将在我国军事和科技方面起到举足轻重的作用。

1.2 无人机的概念及特点

无人机，是随着当今时代工程领域全球化、现代化和技术化发展而诞生的一种新型飞行器[5]。无人机是一种由动力驱动、机上无人驾驶、依靠空气提供升力、可重复使用航空器的简称[6]。无人机由于其体型小，起飞和降落时对场地要求较小，具有稳定性、安全性好，转场方便，机动性好、灵活性高、安全系数高等特点。随着无人机技术的提高、可搭载相机及数据处理软件技术的发展，在快速获取高分辨率影像方面，无人机遥感具有明显优势，因此广泛应用于测绘、管道巡检、电力线路巡检、林业防火、灾情评估、应急通信、军事侦察等领域[7]。无人机早期广泛使用的是GPS导航定位系统，由于该系统不是我国完全自主研发并且没有供其使用的完善的差分系统设施，极大的限制了我国无人机事业和国防科技力量的发展[8]。在我国研发北斗导航系统的基础上，无人机的定位更加精准，信息传输效率和质量更高，为无人机的进一步发展奠定了有力支撑。

1.3 北斗导航在无人机的应用

北斗导航系统应用在无人机上，能够精确导航，提升无人机的飞行精度。同时，基于北斗导航系统，能够提高无人机的信息处理效率和质量，在无人机与地面操作人员的信息交流方面更加有效，从而提升无人机在对动物保护监测时的准确性。由于北斗导航系统的精确性和及时性，使得无人机在处理突发情况以及飞行监管时，能够及时发现和处理，使得无人机的应用更可靠、应用范围更广[9]。

2 北斗导航无人机在动物保护方面的应用

近年来，经济发展速度不断加快，在发展与保护中，动物的生存和保护面临严峻的考验。而无人机作为一种新兴技术，在动物保护方面具有巨大潜力。

2.1 动物种群与数量调查

我国地域辽阔，地形复杂，利用传统方式对动物分布、生命体征以及生活习性等的调查很难实现。无人机利用其便利、灵活，可以升高作业等优势，通过地面操作人员的操控，无人机短时间内可飞至高空区域进行动物种群和数量的调查与监测。这样不仅可以减少对动物的扰动，还可以进入工作人员难以到达或者危险的区域作业，从而提高作业安全性。相对于人工作业，无人机作业具有时效性高，成本低等优势[10]。

将北斗导航的精准定位技术应用在无人机上，并通过搭载普通相机或红外相机，对调查区进行无人机拍摄，可在大区域调查大中型动物的种群数量及分布情况，进行动物个体的识别、动物种群分布、生长情况以及动物栖息地监测等。已有研究利用无人机航拍技术，通过对拍摄资料分析，调查岩羊种群的情况[11]；利用无人机拍摄清晰的非洲象影像，从而统计非洲象的个体数量等[12]。

2.2 动物救护与监测

在动物救护方面，及时性非常重要。尤其是对于野外生存的动物，难以做到及时有效的救护，也难以彻底杜绝野生动物的人为捕杀。利用无人机实时传输高清影像数据，可以对动物的数量以及状态进行实时监控。在夜晚也可以用无人机红外热成像技术对动物夜间活动进行追踪，对动物的生命体征进行监测[13]。在发生人类捕杀、动物受伤或受困时，可以通过无人机定位受伤动物及时提供动物救护。目前已有利用无人机技术在中国印度野牛野外救护中的首次应用[14]。

3 北斗导航无人机在动物保护的应用展望

近年来，利用无人机对动物保护的应用越来越引起重视，现已有利用无人机快速、经济、可靠等优点，基于无人机遥感的大型野生食草动物种群数量调查等[15]。无人机虽然有其一定的优点，但因为其自身的缺点使得在动物保护的应用方面受到一定限制。

3.1 优点

利用北斗导航，可实现远距离动物检测和保护。无人机拥有自动化程度高，体积小，重量轻，运输携带方便，成本低廉等优点。利用无人机对动物进行监测，能够减轻调查人员伤亡概率，且无人机只需3～5人就能组建作业队伍，大幅减少人力成本。而且无人机作业范围广，一次性作业面积大，效率高，维护简单便捷。许多动物保护的辅助功能，如定位技术[16]、图像实时传输技术[17]、动物红外热成像技术[18]等，只需要在无人机上安装相应设备即可实现对动物进行定期巡视、生命体征监测等功能。无人机的功能兼容性强、灵活性好。

3.2 缺点

无人机抗风能力较差，在风力较大的区域很难飞行，飞行姿态会受到影响，从而会影响监测。无人机虽然辅助功能兼容性好，但是相应技术水平还需提高，比如应用无人机进行动物调查的研究越来越多，但是缺乏有效的自动处理图像方法，使得目视解释工作量较大[19]。

4 结论

无人机在动物保护以及监测方面相比于人类有着不可比拟的优点，但同时也存在一些缺点，所以为了更好地进行动物保护，仍需继续完善无人机的一些技术问题。基于北斗导航的无人机，在动物保护方面，能够以更高的飞行精度，更及时的信息处理能力，可以实现更加广泛的应用。比如未来无人机随着相关技术的提高，不仅可以应用在动物种群与数量调查、动物救护等，还可以应用到放牧作业[20]。无人机通过挂载的传感器，能够收集放牧所需的牧场情况、气象条件以及牲畜疫情等信息，甚至可以获取牲口数量、具体位置的具体数据，利用红外线传感器可以监测羊群的生命体征等。利用挂载摄像机和传感器的无人机，可以及时地对羊群数量和状态进行统计和数据实时传输。利用无人机航拍的功能，可以在不打扰羊群的情况下查看羊群的情况。此外，无人机也可以应用到放牛以及小马驹的成长监测等。