Αυτοματοποιημένη παρακολούθηση πουλιών σε πτήση: Επίδειξη του εγχειρήματος με αετούς σε εγκαταστάσεις αιολικών πάρκων
Από RemoteSensing Wiki
Συγγραφείς
Christopher J.W. McClure, Luke Martinson, Taber D. Allison
Εισαγωγή:
Συχνά στη διαχείριση της άγριας ζωής είναι απαραίτητη η εκτίμηση της κατανομής, της αφθονίας ή/και της μετακίνησης των ζώων χωρικά και χρονικά. Τέτοιου είδους δράσεις παρακολούθησης πραγματοποιούνται διαμέσου αυτοματοποιημένων τεχνολογιών (automated technology), οι οποίες δίνουν την ευκαιρία στους ερευνητές και τους διαχειριστές να συλλέξουν μεγάλη ποσότητα δεδομένων με ακρίβεια και αποτελεσματικότητα. Τέτοιου είδους τεχνολογίες περιλαμβάνουν για παράδειγμα τη χρήση καμερών-παγίδων (Εικόνα 1) για την καταγραφή μεγάλης ποικιλίας ειδών και τη χρήση ραντάρ για τον εντοπισμό μεταναστευτικών πουλιών και την εκτίμηση του κινδύνου σύγκρουσης πτηνών (bird collision).
Φαινόμενα όπως συγκρούσεις μεταξύ πουλιών και αεροπλάνων ή πουλιών επάνω σε ανεμογεννήτριες, έχουν οδηγήσει σε αύξηση της χρήσης των αυτοματοποιημένων τεχνολογιών στην εφαρμοσμένη οικολογία και συγκεκριμένα για τον εντοπισμό και την ταυτοποίηση πουλιών σε πτήση. Για τις εταιρίες παραγωγής αιολικής ενέργειας, η ανάγκη ανάπτυξης αυτοματοποιημένων μεθόδων παρακολούθησης των πουλιών θα δώσει τη δυνατότητα αντικατάστασης του ανθρώπινου δυναμικού που απασχολούν ώστε να παρακολουθούν πάνω από παρατηρητήρια την κίνηση των πουλιών και να προβαίνουν σε διακοπή της κίνησης ορισμένων ανεμογεννητριών όταν υπάρχει ο κίνδυνος σύγκρουσης κάποιου προστατευόμενου είδους πουλιού σε αυτές.
Η μεθοδολογία ελέγχου της αποτελεσματικότητας των αυτοματοποιημένων τεχνολογιών μέσω δοκιμής, σε υφιστάμενα δείγματα που έχουν συλλεχθεί από παρατηρητές, της ικανότητας ανίχνευσης ικανής ποσότητας του δείγματος από για παράδειγμα μονάδες καταγραφής ήχου ή ραντάρ, αποτελεί μια μέθοδο που έχει χρησιμοποιηθεί από αρκετούς ερευνητές στο παρελθόν. Στην παρούσα μελέτη, χρησιμοποιήθηκαν δύο μονάδες μελέτης, η μία αποτελούνταν από ομάδα ειδικών (παρατηρητές) και η άλλη αφορούσε ένα σύστημα παρακολούθησης με κάμερες. Το αντικείμενο της μελέτης ήταν ο εντοπισμός-ανίχνευση πουλιών σε πτήση και η ικανότητα των μονάδων (παρατηρητές ή κάμερες) να διακρίνουν εάν το πουλί ήταν αετός ή όχι. Με τα δεδομένα που συλλέχθηκαν, πραγματοποιήθηκε ποσοτικοποίηση των πουλιών που ανιχνεύθηκαν από τη μία μονάδα εντοπισμού (παρατηρητές) και δεν ανιχνεύθηκε από την άλλη. Επιπλέον, έγινε σύγκριση των ποσοστών έγκυρης ταυτοποίησης των πουλιών ως αετούς ή μη-αετούς και τέλος, έγινε υπολογισμός της απόστασης από την οποία το σύστημα καμερών εντόπιζε τα πουλιά και του απαραίτητου, για την ταυτοποίηση των πουλιών ως αετών, χρονικού διαστήματος.
Περιοχή Μελέτης
Η παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε στο αιολικό πάρκο “Top of the World Windpower”, το οποίο αποτελεί έργο της εταιρείας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας DUKE ENERGY και βρίσκεται στο Wyoming των ΗΠΑ. Η συγκεκριμένη εταιρεία, λόγω υψηλής δραστηριότητας των ειδών αρπακτικών πουλιών του Χρυσαετού και του Αμερικάνικού Θαλασσαετού στην περιοχή, προκειμένου να τηρήσει την συμφωνία διακανονισμού που σύναψε με το Υπουργείο δικαιοσύνης των ΗΠΑ, ήταν αναγκασμένη από το νόμο να αναπτύξει στρατηγικές μείωσης του κινδύνου σύγκρουσης στις ανεμογεννήτριες. Η εταιρεία εγκατέστησε τέσσερις μονάδες IdentiFlight και ζήτησε από το Αμερικάνικο Ινστιτούτο για την Άγρια Πανίδα να εκπονήσει ανεξάρτητη μελέτη αξιολόγησης της εφαρμοσμένης τεχνολογίας.
Σύστημα IdentiFlight και Παρατηρητές
Το σύστημα IdentiFlight αναπτύχθηκε με σκοπό να εντοπίζει άτομα αετών σε ικανή απόσταση από τις ανεμογεννήτριες ώστε σε πραγματικές συνθήκες να διακοπεί ή να μην ξεκινήσει η λειτουργία οποιασδήποτε ανεμογεννήτριας. Το σύστημα έχει ύψος 7-10 μέτρα και αποτελείται από ένα δίκτυο οκτώ καμερών με ευρύ οπτικό πεδίο, τοποθετημένων σε σχήμα δαχτυλιδιού και μία κάμερα υψηλής ευκρίνειας στην κορυφή, όπως φαίνεται στην Εικόνα 2. Το σύστημα καμερών με ευρύ οπτικό πεδίο ανιχνεύει τα κινούμενα αντικείμενα και ξεκινάει να τα καταγράφει, ενώ η κάμερα υψηλής ευκρίνειας, μόλις γίνει ανίχνευση ενός αντικειμένου, στρέφεται επάνω του και υπολογίζει την απόσταση από το αντικείμενο και κάνει λήψη φωτογραφιών του αντικειμένου κάθε 200 ms ώστε να συλλέξει τα απαραίτητα, για την ταυτοποίησή του, δεδομένα. Κάθε μονάδα IdentiFlight χρησιμοποιεί συγκεκριμένο αλγόριθμο για τον εντοπισμό και την ταξινόμηση των αντικειμένων ως αετών ή μη-αετών σε μια ακτίνα 1000 μέτρων.
Μεθοδολογία
Ο σχεδιασμός της παρούσας μελέτης αποτελούνταν από 4 μονάδες παρατηρητών και 4 μονάδες IdentiFlight, όπου κάθε παρατηρητής συνδυάστηκε με μία συσκευή IdentiFlight ώστε τα αποτελέσματα να είναι συγκρίσιμα. Οι μονάδες είχαν απόσταση 530-630m μεταξύ τους και πραγματοποίησαν προσπάθεια ανίχνευσης πουλιών σε μία ακτίνα 1000m.
Αποτελέσματα
Οι παρατηρητές ανίχνευσαν 1277 πουλιά σε πτήση, από τα οποία το 96% ανιχνεύθηκε από τις μονάδες IdentiFlight, παραλείποντας μόνο 53 άτομα, ενώ οι μονάδες ανίχνευσαν 5958 πουλιά, τα οποία δεν ανιχνεύθηκαν από τους παρατηρητές. Επομένως, οι παρατηρητές ανίχνευσαν 1224 πουλιά από τα 7182 άτομα που ανιχνεύθηκαν συνολικά από τις μονάδες IdentiFliight. Από τα 1224 πουλιά που ανιχνεύθηκαν από τους παρατηρητές και τις μονάδες IdentiFliight αμφότερους, 1162 άτομα ταυτοποιήθηκαν ως αετοί (n=149) και μη-αετοί (n=1013). Οι μονάδες IdentiFliight ταυτοποίησαν όλους τους αετούς, εκτός από 9 άτομα (ευαισθησία=0.94), ενώ από τα άτομα που ταυτοποιήθηκαν από τους παρατηρητές ως μη-αετοί, 287 από αυτά ταυτοποιήθηκαν από τις μονάδες IdentiFliight ως αετοί (ακρίβεια=0.72). Επομένως, οι παρατηρητές ήταν σημαντικά καλύτερη στην ταυτοποίηση των μη-αετών, ενώ οι μονάδες IdentiFliight ήταν σημαντικά καλύτερες στην ταυτοποίηση των αετών (στατιστικά σημαντικά αποτελέσματα). Επιπλέον, ο μέσος χρόνος ταυτοποίησης των πουλιών από τις μονάδες IdentiFliight, ως αετούς ήταν 0.4s και ως μη-αετούς 0.2s, ενώ η μέση απόσταση όπου τα πουλιά ταυτοποιούνταν ως μη-αετοί ήταν 537m και ως αετοί 793m.
Συζήτηση
Σύμφωνα με την παρούσα μελέτη, οι μονάδες IdentiFlight έχουν την ικανότητα να ανιχνεύουν αποτελεσματικά πουλιά μεγέθους μεγαλύτερου από το Αμερικάνικο Βραχοκιρκίνεζο και να ταυτοποιούν τα άτομα που είναι αετοί, ενώ είχαν μικρότερη ικανότητα ταυτοποίησης των μη-αετών, η οποία πιθανά να οφείλεται στον σκοπό σχεδιασμού των συγκεκριμένων συστημάτων, ο οποίος είναι η προστασία των αετών από γεγονότα πρόσκρουσης σε ανεμογεννήτριες, θέτοντας έτσι την ταυτοποίηση των αετών ως προτεραιότητα. Τα αποτελέσματα της μελέτης επηρέασαν επίσης η απόσταση των παρατηρητών από τα πουλιά-στόχους και η θέση της περιοχής μελέτης, ενώ είναι πιθανό ο καιρός, η εποχικότητα και η σύσταση των κοινοτήτων ορνιθοπανίδας να έπαιξε επίσης ρόλο στον καθορισμό των αποτελεσμάτων. Συμπερασματικά, οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούν αυτοματοποιημένα συστήματα καμερών, είναι χρήσιμες για τον εντοπισμό και την ανίχνευση πουλιών, ωστόσο χρειάζεται περαιτέρω μελέτη με την προσθήκη περισσότερων παραμέτρων-συνθηκών στον σχεδιασμό, ενώ τα συστήματα παρακολούθησης όπως το IdentiFlight θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν επίσης στην παρακολούθηση της μετανάστευσης, σε περιοχές με πιθανό δυναμικό ενεργειακής ανάπτυξης και αεροδρόμια.
