چهارشنبه, ۱۹ آبان ۱۴۰۰ ۱۰:۲۴ ۳۶
طبقه بندی: توسعه کاربرد RS
چچ
پایش حیات وحش مبتنی بر فن آوری پهپاد ها

پایش حیات وحش مبتنی بر فن آوری پهپاد ها

بکارگیری ابزارها و فناوری سنجش از دوری و استفاده از تصاویر ماهواره ای برای شناسایی و رهگیری حیات وحش و جانوران امکان تشخیص، ردیابی و شمارش آنها را با سهولت بیشتری فراهم ساخته است.

مقدمه و بیان موضوع
منظور از پایش جانوران، تشخیص، ردیابی و شمارش آنها می باشد. برای پایش و رصد جانوران، بصورت سنتی از عکسبرداری کنترل تله ی مبتنی بر تصویر، تگ گذاری های جانوران، نصب ماژول های موقعیت یاب جهانی، نمونه برداری دی ان ای و سگ های تعلیم دیده استفاده می شود. پایش سنتی با چالش دسترسی به مناطق صعب العبور، حضور محققان در محیط های پر خطر، رفتار انسان، گریز جانوران و اختفای آنها روبرو می باشد. گزینه ی دیگر استفاده از تصاویر ماهواره ای می باشد که با چالش های همچون وضوح کم، حضور پدیده های جوی، هزینه بالای تهیه این تصاویر و عدم امکان به روز رسانی سریع مکرر روبه رو است. از هلیکوپتر و هواپیما های سر نشین دار نیز در پایش جانوران استفاده می شود. اما هزینه ی عملیاتی گران بعلاوه ی خطر جانی سرنشین ها و عدم امکان برداشت سریع اطلاعات در لحظات مساعد آب و هوایی و مزاحمت بواسطه ی صدای زیاد از چالش های این روش می باشد. از سوی دیگر، در یک دهه ی اخیر شاهد ظهور پهپاد های کوچک و قابل حمل در یک کیف دستی و در اشکال گوناگون می باشیم. این ابزار با قابلیت راه اندازی سریع و بهره وری بدون خطر جانی، امکان قرار گیری در هر نقطه از آسمان بخصوص ارتفاع پایین تر از ابرها، تهیه انواع تصاویر هوایی با قدرت تفکیک مکانی و طیفی بالا را فراهم کرده است.


ضرورت اجرا و اهداف
هر ساله تعداد قابل توجهی از گونه های زیستی حیات وحش برای همیشه از بین می روند. توسعه و گسترش فعالیت های انسانی و ‏افزایش نیاز انسان به غذا و بهره وری بیش از ظرفیت از انرژی و منابع طبیعی و غیره آسیب شدیدی را به اکوسیستم ها و حیات ‏وحش وارد کرده است. کشور ایران دارای زیستگاه های متعددی برای حیات وحش است. تفاوت و تنوع زیستگاه در ایران از کویری و گرم و خشک تا دشت‌ های سرسبز و حاصلخیز است. این امر سبب تنوع زیستی موجودات زنده و گونه های متعدد حیوان های ایران می‌ شود. طبق آمار سازمان حفاظت محیط زیست، در ایران بیش از ۲۰۰۰ گونه جانوری اعم از پستاندار، پرنده، خزنده، دوزیست و ماهیان آب‌ های داخلی و حدود ۶۵۰ گونه ماهی در آب‌ های دریایی در اکوسیستم‌ های خشکی و آب‌ های داخلی کشور شناسایی شده‌ است. گزارشات مختلف در زمینه پایش حیات وحش حاکی از خطر انقراض گونه های مختلف جانوری در کشور ایران است. بجز یوزپلنگ ایرانی که در وضعیت بحرانی قرار دارد، پستاندارانی مانند گوزن زرد ایرانی، گورخر آسیایی، فک دریای خزر، هوبره، پلنگ، خرس سیاه آسیایی، تمساح پوزه کوتاه، نهنگ آبی و نهنگ باله‌ ای نیز در معرض خطر انقراض هستند. به منظور دستیابی به اهداف حفاظتی و جلوگیری از انقراض حیات وحش و گونه های خاص جانوری در ایران، ایجاده سامانه ای جهت پایش، ردیابی و شمارش جانوران ضروری می باشد. هدف اصلی این خدمت، پایش جانوران با استفاده از تکنیک های فتوگرامتری و پردازش های آنی و خودکار تصاویر یک سامانه پهپاد است.


داده ها و روش ها
در حوزه ی پایش جانوران اغلب از سه محدوده طیفی نور مرئی، مادون قرمز و حرارتی استفاده شده است. سنجنده های حرارتی با ثبت حرارت ساتع شده از جانوران و محیط پس زمینه، بدون نیاز به نور کافی و کنتراست رنگی و با تکیه بر اختلاف دمایی، تشخیص خودکار را آسان تر می کند. به همین دلیل در غالب تحقیقات انجام شده با وجود موانع طبیعی، نیاز به برداشت در طول شب و افزایش راندمان تشخیص، از سنجنده ی حرارتی و فروسرخ استفاده شده است. علاوه بر انتخاب نوع تصویربرداری، در طراحی این سامانه، پارامتر های اساسی شامل ارتفاع پروازی، سرعت پرواز، میزان هم پوشانی تصاویر در جهات طولی و عرضی، برنامه ریزی مسیر پرواز نیز باید مورد توجه قرار بگیرند. همچنین در انتخاب تجهیزات تصویربرداری، پارامترهای مهم شامل میزان تفکیک پذیری پیکسلی، زاویه دید، سرعت شاتر، فاصله ی کانونی و فاصله زمانی بین دو فریم متوالی می باشد. معمولاً پایش خودکار مبتنی بر پهپاد جانوران به کمک الگوریتم های تشخیص جانوران و الگوریتم های ردیابی جانوران انجام می گیرد. از مهمترین الگوریتم های تشخیص می توان به الگوریتم یادگیری، الگوریتم هایی مورفولوژی، تشخیص لبه، رشد ناحیه ای و جریان تصویر اشاره کرد. همچنین الگوریتم های RANSAC، SURF، SIFT، لوکاس کانادا، هورن-شاک و بوکستون از جمله الگوریتم های مرسوم در ردیابی جانوران به شمار می روند.


دستاورد ها و خروجی ها

• تولید مستندات فنی سامانه سنجش از دور مبتنی بر پهپاد تشخیص و ردیابی جانوران
• ارائه نقشه های ردیابی و موقعیت یابی جانوران
• شناسایی زیستگاه های مهم جانوران
• محاسبه میزان انقراض گونه های جانوری هر منطقه


بهره برداران و ذینفعان

• سازمان حفاظت محیط زیست
• سازمان جنگل‌ ها، مراتع و آبخیزداری کشور
• سازمان مدیریت بحران کشور
• اداره کل منابع طبیعی و آبخیزداری


نمونه خدمت
در اشکال 1 و 2، تصاویر پهپادی از حیات وحش آفریقا ارائه شده است:


تصویر پهباد از حیات وحش آفریقا
شکل-1 : تصویر پهپاد از حیات وحش آفریقا


تصویر برداشت شده از پهپاد : الف) مسیر حرکت پرندگان، ب) محل تجمع فیل ها، پ) محل تجمع پنگوئن های امپراتور، ت) محل استراحت گونه های فوک دریایی
شکل-2 : تصویر برداشت شده از پهپاد : الف) مسیر حرکت پرندگان، ب) محل تجمع فیل ها، پ) محل تجمع پنگوئن های امپراتور، ت) محل استراحت گونه های فوک دریایی


در ایران نیز به گزارش روابط عمومی اداره کل حفاظت محیط زیست فارس به نقل از مدیرکل، به منظور بهره گیری از فن آوری‌های نوین و مدیریت بهینه، سرشماری حیات وحش با استفاده از تصاویر هوایی و پهپاد ابتدا در منطقه بهرام گور و پس از آن در سایت گوزن زرد ارسنجان در حال اجرا است.


آدرس کوتاه شده: