近日，在南极洲首次发现一只金色企鹅。引起众多网友的关注。憨态可掬的企鹅一直深受大众喜爱，这些小家伙的顺利繁衍，离不开动物保护机构和科研人员的科研攻关和坚持。天真的南极企鹅“搞笑”实验为南极企鹅保护打开了新的大门来自加州的斯坦福航空航天工程副教授麦克·施瓦格和他的伙伴们正在做这件意义深远的事情。2019年，施瓦格带着他的学生，拉着一车毛绒企鹅和无人机，来到圣克拉拉的无人机爱好者空地。在这里，他们将毛绒玩具散落在空地上，然后驾驶无人机，使用专门定制的软件，为毛绒玩具规划空中航线。这个看似“搞笑”的实验，其实是科考队赴南极记录和研究企鹅群前的一次“训练”。很快，无人机将飞过一片由岩石和冰组成的贫瘠土地——克罗泽角(CapeCrozier)，这里是世界上最大的阿德利企鹅聚居地之一，栖息着超过300,000只阿德利企鹅。这里没有电，没有水，连人类最基本的日常需求都无法满足，但正在进行一项重要的科学研究：研究和统计企鹅的数量。对南极洲的企鹅进行“普查”，听起来有点“疯狂”。CapeCrozier每年都会聚集大量的阿德利企鹅进行繁殖。研究人员希望能准确了解南极夏季10月至次年2月期间究竟有多少企鹅生活在这里，以及企鹅种群数量和冰冻层海平面的波动情况。的季节性下降是否有关系。之所以花这么大的力气去统计企鹅的数量并进行研究，是因为全球变暖对企鹅的影响远比我们想象的严重。全球变暖导致的海冰破裂，不仅让许多企鹅失去了养育后代的宝贵场所。由于过度捕捞的影响，企鹅的食物越来越稀缺，企鹅种群数量大大减少。对企鹅数量的观察，有助于更好地加强对企鹅的保护。在一次聚会上，无人机飞越了南极洲。企鹅的计数方式仍然是人工标记，通过标记企鹅的数量、企鹅巢穴的密度和整个群体的总面积来估算企鹅的总数。.这个方法完美吗？当然不是。但是，如果使用直升飞机进行勘测，不仅成本高，而且高度要求带来的噪音可能会扰乱栖息地的企鹅，所以当时人工标记似乎是最好的选择。早在2016年6月，从事企鹅研究的生物学家安妮·施密特(AnnieSchmidt)在一次聚会上偶遇麦克·施瓦格(MacSchwager)。在谈话中，施瓦格谈到了使用无人机的潜在优势：无人机可以以非侵入的方式获取高质量的数据，而且成本相对较低。如果应用得当，无人机不仅可以将科学家从人工搜索和统计标记企鹅的繁重工作中解放出来，还可以让他们在极短的时间内轻松获取极其有价值的数据。这次谈话无疑让安妮施密特看到了企鹅研究的曙光。2017年，研究团队选择了5架无人机，与博士生KunalShah合作，探索如何优化调查飞行路线的算法，高效获取企鹅栖息地数据。高效的路线规划，无与伦比的效率要成功地对南极洲进行一次“普查”，并不是那么容易。南极洲的降雪、冻雨和时速高达100英里的大风等恶劣天气因素大大缩短了无人机的飞行窗口。同时，极寒的气温限制了无人机的续航时间，四处走动的企鹅需要研究人员快速采集拍摄照片，以减少企鹅重复计数。传统的网格模式飞行已经不适合这样的特殊环境。如果无人机需要绘制大量企鹅聚集的崎岖栖息地，假设航拍高度、地面分辨率和航线重叠率都已经确定，最后需要制定一个“特殊”的航线规划算法，形成A网格覆盖该区域。Kunal认为，无人机航路规划要想在最短时间内高效获取数据，需要满足遍历性和不重复性两个重要条件。即需要为每架无人机计算出最高效的飞行路径，确保在每个航路点都拍摄一张照片，但不会发生重叠。最终，绰号“POPCORN”的飞行路径算法诞生了。“爆米花”的飞行航线规划并不是单一的“Z”字型航线，而是多架无人机在一个区域内同时叠加的“之”字形航线。算法在确定拍摄照片数量、覆盖区域、飞行时间和无人机数量的前提下，对目标区域进行网格化，分配GPS坐标，规划航线。这些GPS坐标不仅可以让无人机准确定位适应克罗泽点起伏的地面环境，还可以防止无人机在违反企鹅栖息地领空要求的高度飞行，确保无人机不干扰殖民地。穿着“晚礼服”的居民。最终，Popcorn形成了一系列巧妙的“Z”型飞行路径，保证了所有图像的拍摄都不会重复路径。此外，航线的起点和终点固定在同一个地方，减少了寻找安全降落点的麻烦。无人机航拍路线图示意图“爆米花”的路线规划不仅有助于减少飞行勘测时间，还能保证测量范围足够大，侦查过程中可以随时安全召回无人机.与之前相比，飞行员驾驶无人机完成这项任务需要两天多的时间。而利用这条航线和多架无人机协同作业，仅需3小时左右即可完成，效率无与伦比。在大约1.5厘米/像素的地面分辨率和60%的重叠度下，无人机捕获的所有图像的总大小高达10GB。将所有图像上传到拼接软件以生成巨大的航拍马赛克。“然后将该图像发送到机器学习管道中，该管道会挑选出企鹅并自动计算该巨大图像中的企鹅数量，”库纳尔说。Kunal对效率感到惊讶。无人机的创新科研应用，难得的与企鹅一起生活的经历，成为吸引库纳尔继续参与南极企鹅科考的重要原因。无人机应用，工程研究领域的重大变革本工作取得了前沿研究成果，并撰写论文发表于《Science Robotics》期刊。该论文的摘要总结了使用多架无人机和航拍“爆米花”算法实现的巨大效率提升：“无人机在大约3小时内测量了2平方公里的区域。相比之下，之前用单人驾驶无人机需要2天以上才能完成。我们的方法通过减少重复的飞行路径来减少调查时间，同时允许在调查期间随时进行安全侦察。召回无人机。这种方法可以应用于其他领域，例如在危险的天气条件下进行野火调查或救灾。”目前，科研团队已利用这项技术追踪加州的鸟类和牧场牲畜。运动变化。气候变化和生态保护让我们重新思考我们看待世界的方式，而技术是我们推动改善的重要工具。世界。可见，搭载人工智能和自动化技术的无人机，让我们解放双手，释放效率，将在创新前沿得到越来越广泛的应用。“毫无疑问，这只是一个开始，它代表着工程研究各个领域的重大变革。”施瓦格说。（大疆行业应用）
