利用无人机在南极为企鹅做“人口普查”

片全由岩石和冰层覆盖的不毛之地——克罗泽角 (Cape Crozier) ，这里是全球最大的阿德利企鹅栖息地之一，住着 30 多万对阿德利企鹅。这里没有电、没有水，甚至连人类最基本的日常生活需求都无法满足，但却进行着一项重要的科学研究：研究统计企鹅。

在南极给企鹅做“人口普查”，这多少听起来有些“疯狂”。克罗泽角每年都会聚集大量阿德利企鹅繁衍后代，科研人员希望能够精确了解在 10 月至 2 月左右的南极夏季，有多少企鹅栖息在这里，以及企鹅种群数量的波动与冰冻层海平面的季节性下降之间是否有关系。

而如此大费周章的统计企鹅数量、进行研究，是因为全球变暖对企鹅带来的影响远比我们想象的严重。全球变暖导致的海冰破裂，不仅让不少企鹅丧失了抚养幼崽的珍贵场所。因过度捕捞的影响，企鹅的食物也越来越缺乏，企鹅种群的数量正在大幅减少。而对于企鹅的数量观察，则有助于更好的加强企鹅保护工作。

一次聚会，让无人机飞入南极上空

过去，对于企鹅数量的统计方式，还停留在手动标记，并通过标记企鹅数量、企鹅巢的密度以及整个群栖地的总体面积等数据，估算企鹅总数。这种方法完美吗？当然不。但如果使用直升机进行勘测，不仅成本高，因高度要求而带来的噪音还有可能会惊扰到栖息地的企鹅，因此手动标记似乎成为当时最好的选择。

时间回到 2016 年 6 月，从事企鹅研究工作的生物学家 Annie Schmidt 在一次聚会中偶遇 Mac Schwager。在交谈中，Schwager 谈到了使用无人机的潜在优势：无人机能够以非侵入性的方式获得高质量的数据，而且成本相对较低。只要方法得当，无人机不仅可以让科学家们摆脱人工搜寻和统计标记的企鹅这件苦差事，而且能帮助他们在很短的时间内就能轻松获取极有价值的数据。

这次交谈，无疑让 Annie Schmidt 看到了企鹅研究工作的曙光。2017 年，该科研小组挑选了五架无人机，并与在读博士 Kunal Shah 合作，开始探索如何优化勘测飞行航线算法，高效获取企鹅栖息地数据。

高效的航线规划，无可比拟的效率

想在南极上空顺利进行“人口普查”，并没有那么容易。南极的降雪、冻雨以及每小时高达 100 英里的冷风等等恶劣天气因素，让无人机的飞行窗口期大幅缩减。同时，极寒的温度限制了无人机的续航时间，而四处走动的企鹅则要求科研人员采集拍摄照片的速度要快，才能减少对企鹅的重复计数。传统的网格模式飞行已然不适用这样的特殊环境。

无人机起飞若需要将一片大量企鹅聚集的崎岖栖息地绘制成地图，假设已经确定了空中摄影高度，地面分辨率和航线重叠率，最后则是需要制定一条“特殊”的航线规划算法，形成一张网格以覆盖该区域。Kunal 认为，无人机的航线规划要达到在最短时间内高效获取数据，需要满足两个重要的条件，历遍性和不重复性。也就是需要计算每架无人机的最高效飞行路线，确保在每个路径点都会拍摄到一张照片，但不发生重叠。

（编辑：漯河站长网）

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