首頁 > 以無人機蒐集梅花鹿族群資訊
:::
以無人機蒐集梅花鹿族群資訊
無人機的發明與普及使人們得以從空中俯瞰地面,蒐集與分析資料。 且看這技術如何協助研究人員精確掌握野生動物族群的數量。
 
 

研究大面積的地形地貌或動植物的分布時,若以傳統的地面方式執行,會花費大量的人力物力及時間,無人機的發展給這困境帶來一道曙光。
▲研究大面積的地形地貌或動植物的分布時,若以傳統的地面方式執行,會花費大量的人力物力及時間,無人機的發展給這困境帶來一道曙光。

台灣梅花鹿復育族群

 

台灣梅花鹿(Cervus nippon taiouanus)因身體上分布著白色的梅花斑點而得名,雌雄鹿外觀形態具二型性,僅雄鹿有鹿角。成年雄鹿平均體型是肩高98公分、體長155公分、體重68公斤;雌鹿外部形值都小於雄鹿。由於先民大肆捕獵,以及適存的棲地遭濫墾破壞,台灣地區最後一隻幼鹿自1969年在東部海岸山脈區域被捕後,野生族群就宣告滅絕。

 

國際自然保護聯盟於1974年籌組了「世界遭受威脅及瀕臨絕種鹿隻復育研究小組」後,鹿隻復育工作始受各國重視。1984年,台灣政府單位成立了「梅花鹿復育小組」,規劃出復育準備期、放養期和野放期3個階段,主要由墾丁國家公園執行台灣梅花鹿亞種種源的保存,連江縣馬祖也飼育了部分個體。

 

1992年戰地政務終止後,便把當時飼育繁殖的13頭(5雄8雌)梅花鹿全數野放於北竿鄉四面環海的大坵島上。1996年,駐守國軍撤出該島後成為無人島,島上現存的梅花鹿族群即當初野放自然繁衍而來。

 
大坵島現存穩定的梅花鹿族群
▲大坵島現存穩定的梅花鹿族群

無人機的發展與應用

 

研究大面積的地形地貌或動植物的分布時,若以傳統的地面方式執行,會花費大量的人力物力,冗長的時間更讓人難以忍受。但若從空中以多一個維度的視野觀察,短時間內就可得到豐富的資訊,惟租用飛機或直升機需要龐大的經費令人卻步。

 

無人機(unmanned aerial vehicle, UAV)的發展為這個困境帶來一道曙光,目前它已廣泛應用於地貌變遷、建模測量、災害防治、工程結構檢查、搜救保全、精準農業、林業管理等層面。無人機低飛,較傳統小型飛機和衛星平台更能獲得良好解析度的航拍影像,雖然範圍較小,但所需人力及花費低廉。未來甚至可應用於商品貨物的遞送業務,或媒體資源、環境監控等應用。

 

沃林斯基(Wolinsky)於2017年在〈空氣中的生物學〉一文中,提到無人機是生物學家能在安全距離下蒐集資料的一個有效工具,例如運用無人機蒐集有害藻類密度的影像以進行量化分析。當然無人機也可應用於野生動物的生態調查,林強(Linchant)等人於2015年所著的〈無人機是野生動物監測的未來嗎?〉也肯定了無人機在這方面有發展的潛能。  

無人機航拍作業情形
▲無人機航拍作業情形

無人機航拍作業精準計數鹿口

 

為研究大坵島上的鹿群是否已因擴張造成承載量的超限,並據以規劃觀鹿的航程,需監測島上鹿群的數量做為經營管理的參考。大坵島面積雖小,但地形起伏又有植被遮擋,由地面觀察難以一窺全貌,使得計算鹿口時會有低估的狀況。筆者的團隊因此利用無人機執行航拍作業,以獲得更精準的鹿隻數量。

 

透過連江縣政府產業發展處向民航局申請了無人機航拍許可,於2017年5月由馬祖防衛司令部派遣士官隨行執行航拍作業。無人機搭載數位相機的有效像素是1,240萬畫素,為了有效分辨地面梅花鹿的個體,把飛行高度設定在90公尺以內,並使用軟體規劃和控制飛行航線。為了獲得高品質幾何糾正及鑲嵌影像,航線規劃至關重要,除了需考慮地形障礙物外,也要注意控制相鄰航線距離和得到足夠的前後影像拍攝重疊率。

 

數位相片使用軟體整合了垂直與傾斜航照影像,進行自動空間三角測量及立體匹配產生三維點雲,接著反投影到原始影像空間,產生地物高度影像與梯度影像等物件特徵。利用高重疊影像搭配數值表面模型消除地形、建物與樹木的高差移位效應,同時把遮蔽區用其他位置拍攝的影像補償,而獲得高品質幾何糾正及鑲嵌影像,以這種精細的地貌做為梅花鹿個體判釋的基礎。

 

研究團隊於兩個工作天內共執行了清晨、中午、黃昏3個不同時段的航拍作業,都於1.5小時內完成,共獲得1,895~2,089幅數位影像,產製正射影像平均地面解析度是5.52~6.17公分∕畫素。

 

使用QGIS軟體匯入所產製的正射影像,可逐一辨識梅花鹿的個體並標示座標,但開闊草生灌叢環境,因樹林環境遮蔽而無法發現個體的分布。針對可能因鹿隻移動造成重複計數或低估,或因軟體產製影像使用像素匹配、自動消除雜訊的誤差,則逐一檢視原始數位影像確認,並可進一步發現躲藏於人工建物下的個體,誤差約為12~38頭。

 

經綜合判釋影像後得到梅花鹿的數量,分別是清晨時段有104頭,中午時段231頭,黃昏時段則是104頭,中午時段可見個體數明顯大於晨昏兩時段。這觀測結果與一般印象梅花鹿在正中午會躲藏於樹林內避暑顯然不同。

無人機於不同航線間,可能因時間差導致鹿隻移動,此時若搭配原始照片判讀,可排除導致數量低估的不同因素。如左圖原始照片記錄到4頭鹿,右圖經軟體拼接後卻顯示僅有1頭而低估數量。
▲無人機於不同航線間,可能因時間差導致鹿隻移動,此時若搭配原始照片判讀,可排除導致數量低估的不同因素。如左圖原始照片記錄到4頭鹿,右圖經軟體拼接後卻顯示僅有1頭而低估數量。

後續監測及鹿隻經營管理

 

無人機可於短時間內(約1.5小時)針對大坵島大範圍進行空中航拍,相對人力由地面執行的穿越線調查法(估算90頭)及直接計數法(最大值125頭)的結果,確實可發現到地面調查法漏網的部分族群,未來的定期監測可持續應用這項技術。

 

除去樹林內無法拍攝到的個體外,大坵島目前的梅花鹿族群至少有231頭。由於所拍攝數位影像屬可見光,無法偵測到躲藏於樹林植被後的個體,後續或可採用搭載有高解析紅外線熱顯像的無人機,或同步執行地面人力估算,以克服這限制。由於梅花鹿活動模式屬全日活動型,除了白天三時段外,使用紅外線熱顯像無人機也可增加日落後、午夜、子夜等時段的航拍作業,以獲得更完整的全日活動情形。

 

另外為避免鹿群移動造成誤判,後續也可增加無人機搭載數位相機的畫素,其作用有若增加了飛行高度並降低巡航時間,也建議地面解析度至少應達5.5公分∕畫素,以有效進行鹿隻的判釋。另降雨、風速等都會影響無人機航拍作業,為得到清晰的影像,建議後續作業於氣候良好的5~9月間擇晴朗天氣執行,頻度則是每年兩次,分別於梅花鹿產仔期的前後進行,以確實掌握島上鹿群的數量。

 

根據農委會畜產試驗所研究人員的經驗,大坵島面積約可提供180頭梅花鹿充足的食物量。但前述分析顯示目前島上的鹿隻數量或許已達上限或超限,連江縣政府宜持續監控掌握狀況,例如觀察島上非梅花鹿偏愛的植物是否已因鹿隻缺糧而遭胡亂啃食。後續更應採取適宜的經營管理,如針對瘦弱或有健康疑慮的鹿隻進行減口,或透過節育控制鹿隻數量,以維持大坵島梅花鹿族群的健全。

 
推薦文章

TOP