В работе представлены результаты мониторинга крупных млекопитающих в прителецкой тайге и на хребте Чихачева. Для мониторинга был использован беспилотный летательный аппарат (БЛА) с тепловизионно-оптическим комплексом из двух камер (термальная камера и телекамера в оптическом диапазоне). В статье приведены примеры использования БЛА: при исследовании лесных пожаров с небольшими очагами возгорания; наблюдения за разными видами млекопитающих. Подробно рассмотрен пример обнаружения логовища росомахи с помощью БЛА. Анализируя наработанный опыт применения различной беспилотной техники, авторы выявили преимущества и ограничения ее использования.
В последние десятилетия современные технологии позволили усовершенствовать методы наблюдения за малоизученными животными в дикой природе. Еще в середине прошлого столетия, когда зоолог в полевых условиях преимущественно использовал методы изучении следов жизнедеятельности животных, визуального наблюдения, отлова и мечения, отечественные ученые впервые использовали фотокапканы – цифровые фотоаппараты с автоматическим срабатыванием от датчика движения (далее – фотоловушки).
Методы мониторинга биоразнообразия расширяются, в последнее время стали доступными для широкого круга исследователей беспилотные летательные аппараты (далее – БЛА). Они могут летать в самых труднодоступных местах, куда раньше было сложно добраться и получить изображения с ракурса, недоступного наземному наблюдателю, тем самым значительно увеличивая охват обследуемой территории и эффективность исследования. В данной работе мы представляем результаты использования БЛА при наблюдениях за крупными млекопитающими в различных ландшафтах Алтайского заповедника и сопредельной территории.
В полевой сезон 2023 года сотрудниками Алтайского заповедника – пилотами БЛА Р. Воробьевым и Т. Клименко для наблюдения за разными видами млекопитающих был использован легкий коммерческий БЛА (лётная схема: квадрокоптер), оснащенный тепловизионно-оптическим комплексом из двух камер (термальная камера и телекамера в оптическом диапазоне).
Инфракрасная тепловизионная камера, установленная на БЛА, обеспечивает пилотам возможность не только наблюдать за происходящим, но и проводить фото-/видеодокументирование, что достаточно для идентификации крупных млекопитающих.
Каждое изображение содержит температурные данные с точностью ± 2°C, встроенные в каждый пиксель, а также время и координаты места съемки. Отметим, что в программное обеспечение аппаратуры управления входит функция автоматического определения термоточек с наибольшей температурой, что позволяет во время полета выявлять крупных млекопитающих, даже среди паразитных тепловых шумов от нагретой солнечными лучами скальной породы.
Также это очень удобно при обследовании лесных пожаров с небольшими очагами возгорания при отсутствии видимого задымления, что подтвердила практика выявления термоточек в пожароопасный период 2023 года на территории Алтайского заповедника.
Авторы статьи оценили основное достоинство «взгляда с воздуха», которое заключается в открывающихся возможностях обзора с недоступного для наземного наблюдателя ракурса. Это позволяет увидеть животных, скрытых в складках местности, между деревьями и в иных местах с отсутствием прямой видимости. В качестве примера приведем весенние учеты на солнцепечных склонах 2023 года, когда поиск в оптическом диапазоне с БЛА позволял выявлять количество крупных млекопитающих приблизительно в 1,5-2 раза большее, чем обнаруживал опытный наблюдатель с биноклем на лодке.
При наличии оптимальных для наблюдения в ИК-диапазоне условий появляется возможность слежения за животными даже в густых зарослях прителецкой тайги, что обычно невозможно при визуальном наблюдении с берега, и крайне затруднено при использовании БЛА с камерой в оптическом диапазоне. Несмотря на то, что растительность практически непроницаема для ИК-излучения, она не является сплошной стеной и при облете на выгодных для наблюдения траекториях появляются «окна», в которых можно зафиксировать тепловые сигнатуры животных и затем детально рассмотреть в оптическом диапазоне.
В условиях высокогорья применение беспилотников позволило охватить большую площадь из одной точки наблюдения – опытный оператор БЛА способен в течение одного часа детально обследовать территорию в радиусе 3-4 км (рабочая дальность аппаратов). На выположенных участках долины реки Богояш без значительного количества скальных обнажений и курумников наибольшую эффективность показал поиск с применением тепловизора с учетом покровительственной окраски большинства крупных млекопитающих, которые были практически недоступны для обнаружения визуальным наблюдателем. Учеты у подножия хребта Чихачева также показали эффективность тепловизионного обследования местности. При этом особи, обнаруженные с помощью тепловизора, не были замечены ни визуальным наблюдателем с земли, ни с беспилотника с использованием камеры в видимом диапазоне.
Животные, зафиксированные с БЛА с использованием инфракрасной тепловизионной камеры и телекамеры в оптическом диапазоне. Фото Р. И. Воробьева.
В сентябре 2023 года проводилось обследование южной части хребта Чихачева в условиях открытых горных ландшафтов для выявления крупных млекопитающих с помощью БЛА. Во время облета части долины реки Караоюк пилот инфракрасной камерой зафиксировал животное, затем переключился на камеру видимого диапазона, что позволило определить, что это росомаха, несущая в пасти шкуру. Наблюдение за животным велось до самого логова, куда росомаха затащила шкуру.
Росомахи превращают в репродуктивные логова каменные осыпи и поваленные деревья, если они доступны и покрыты глубоким снегом. Исследователи отмечают, что покрытые снегом валуны и поваленные деревья образуют естественные подземные полости и могут привлекать росомах, потому что они визуально очевидны. Логова, в которых не было валунов или упавших деревьев, были обнаружены на более высоких высотах или широтах в занесенном, плотно утрамбованном снегу [Кожечкин, 2001; Зырянов, 1989; Туманов, Кожечкин, 2012]. Обнаруженное нами логовище в зимнее время заносится плотно утрамбованным снегом.
Приведённый выше случай демонстрирует, что использование БЛА для аэромониторинга позволил получить уникальную возможность обнаружить и исследовать логовище довольно скрытного зверя.
Анализируя наработанный опыт применения различной беспилотной техники нами выявлены преимущества и ограничения ее использования.
К преимуществам относится то, что использование БЛА позволяет расширить возможности мониторинга биоразнообразия. Одним из очевидных преимуществ применения дистанционной съемки можно считать расширение возможностей в осуществлении наблюдения и сбора данных в труднодоступных местах. Следующим преимуществом является возможность проведения наблюдений на большой площади. Кроме того, использование БЛА делает возможным сбор большого количества данных за короткое время, что сокращает: число специалистов, участвующих в работах; время работ и финансовые траты на полевые работы. Неоспоримым преимуществом БЛА является возможность записывать видео- и аудиоданные, т.е. производить сбор более полной информации об исследуемых объектах. Наряду с этим, если дрон оснащен тепловизором, исследователи получат дополнительные данные о состоянии окружающей среды.
У применяемых в работе Алтайского заповедника БЛА Mavic3 и Mavic 3T (далее – дроны) одним из главных преимуществ, кроме относительной доступности, является высокая маневренность в стесненной обстановке (возможность совершать полеты между деревьями) и возможность длительного стабильного зависания на месте для детального осмотра объектов.
Недостатком всех мультироторных БЛА является относительно небольшая дальность и время полета, обусловленные ограничением емкости современных литий-ионных аккумуляторных батарей.
Вместе с тем, у использования БЛА имеется ряд ограничений, как с технической стороны, так и с административной.
К общим ограничениям, независимо от модели, при использовании беспилотников относятся неблагоприятные погодные условия. Современные дроны позволяют безопасно работать при ветре до 12 м/с, а также выдерживают кратковременные порывы до 18 м/с. При таком ветре за счет повышенного энергопотребления значительно сокращается полетное время и создается риск невозврата летательного аппарата к оператору. Также имеется риск перегрева аккумуляторной батареи с последующим сокращением ее ресурса, либо потери аппарата в полете – вздувшиеся при перегреве элементы АКБ выталкивают батарею из корпуса с полным отключением питания. Эту же опасность следует учитывать при интенсивных полетах в жаркую погоду. Также при эксплуатации следует уделять внимание атмосферным осадкам. Если умеренный снегопад не является препятствием для эксплуатации БЛА, то работа в дождь не рекомендуется в связи с отсутствием у большинства потребительской и части промышленной техники достаточного класса влагозащиты. Из специфических ограничений, характерных для тепловизионных камер следует отметить узкое «окно возможностей» для работы оператора. Во-первых, невозможность проведения учетов в ночное время, в связи с тем, что при проведении учетов в режиме тепловизионной съемки необходима верификация животных с помощью камеры в оптическом диапазоне. Сюда же относится риск полетов в темное время суток. Во-вторых, невозможность работать, днем, после восхода, т.к. солнечные лучи, попадая на выходы скальной породы, отдельные камни, стволы деревьев нагревают их выше температуры теплокровного животного. Инфракрасное излучение от таких фоновых объектов делает крайне затруднительным, а то и невозможным поиск млекопитающих. Фоновые объекты остывают достаточно долго, поэтому вечером после солнечного дня работа также затруднена. В ясную погоду в распоряжении оператора около 1,5 часов от момента, когда начинает светать до восхода солнца. В пасмурную погоду время работы существенно увеличивается. Прямые солнечные лучи не просто затрудняют работу по обнаружению целей, но и при прямом наведении тепловизора на солнце могут необратимо вывести его из строя. К ограничениям использования беспилотных летательных аппаратов относится шумовое загрязнение – БЛА издает шум, который в определенных условиях может нарушать деятельность живых организмов. Данное воздействие частично снимается при использовании малошумных винтов. К административным ограничениям использования БЛА относится нормативно-правовые – необходимо получать разрешение для использования дрона.
В настоящее время широко используют дроны для наблюдения за природой, и столь же часто возникает вопрос: как влияют беспилотники на поведение представителей фауны? Этот вопрос беспокоит зоологов и является предметом многих исследований, а также бурных дискуссий об этичности такого вмешательства.
Практика применения БЛА сотрудниками Алтайского заповедника показала, что соблюдение разумной дистанции, сокращение количества маневров в непосредственной близости от объектов животного мира, использование современной компактной техники, оснащенной камерами с возможностью гибридного (оптического и цифрового) увеличения позволяет свести к минимуму вмешательство в естественное поведение животных. При соблюдении вышеперечисленных условий, можно избежать явных оборонительных реакций, таких как бегство и попытки нападения на аппарат хищниками. Нами отмечено, что при проведении учетов и видеосъемок копытные могут проявлять кратковременную настороженность (при этом отметим, что источник шума винтов определяют редко), однако через непродолжительное время продолжают кормиться. Зафиксировано, что самка бурого медведя продолжила кормление медвежат в присутствии БЛА, а обыкновенная лисица – охоту на грызунов. Особо отметим, что в настоящее время отсутствуют утвержденные методические рекомендации по применению БЛА в работе ООПТ. Апробация применения беспилотных летательных аппаратов на солнцепечных склонах прителецкой тайги, в долине рек Богояш, а также во время проведения 17-й добровольческой экспедиции «По следам снежного барса» показала, что методика и эффективность работы, используемое оборудование и полученные результаты в значительной степени зависят от объектов наблюдений, рельефа местности, погодных условий и подготовки оператора. Аэромониторинг численности животных не предлагается авторами как замена традиционных методов, но является ценным инструментом, позволяющим получить достоверные научные данные по отдельным компонентам биоразнообразия. Выражаем благодарность Сергею Владимировичу Спицыну за ценные советы и рекомендации по подготовке и оформлению статьи. Работа выполнена при финансовой поддержке Минприроды РФ (проект госзадания № 1-22- 2-1 «Многолетняя динамика экосистем, природных ландшафтов и природных комплексов Алтайского государственного заповедника: изучение естественного хода процессов и явлений в целях обеспечения сохранения природной среды, в том числе естественных экологических систем, объектов животного и растительного мира»).
С полным вариантом статьи можно ознакомиться в выпуске научного журнала по ссылке.
*Публикуется по материалам статьи - "Трифанова С. В., Воробьев Р. И., Клименко Т. В. Опыт использования беспилотных летательных аппаратов для мониторинга крупных млекопитающих в Алтайском заповеднике и сопредельных территориях" // ПОЛЕВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В АЛТАЙСКОМ БИОСФЕРНОМ ЗАПОВЕДНИКЕ. – Вып. 6 / под ред. Т. А. Бекетовой – Горно-Алтайск: ФГБУ «Алтайский государственный заповедник», 2024. – 226 с.