無人機技術(shù)在中國印度野牛(Bos gaurus)野外救護中的首次應(yīng)用

劉 宇 刀建紅 李中員 李德榮王智紅 姚沖學(xué) 武俊會 陳明勇*

(1.云南亞洲象教育部野外科學(xué)觀測研究站，昆明，650091；2.云南大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，昆明，650500；3.西雙版納傣族自治州林業(yè)和草原局，景洪，666100；4.西雙版納傣族自治州獸醫(yī)站，景洪，666100；5.昆明正浩電訊有限公司，昆明，650021)

印度野牛(Bosgaurus)屬偶蹄目(Artiodactyla)，洞角科(Bovidae)，牛屬，被世界自然和自然資源保護聯(lián)盟(IUCN)列為易危(VU)物種，瀕危野生動植物種國際貿(mào)易公約(CITES)列入附錄 I[1-2]。印度野牛在中國被列為國家Ⅰ級重點保護野生動物和《中國瀕危動物紅皮書：獸類》瀕危物種[1]。丁晨晨等[3]認為，印度野牛在中國分布于云南省南部和西藏藏南地區(qū)，估計云南地區(qū)共有180—210頭。張忠員等[4]估計西雙版納地區(qū)種群數(shù)量為152—167 頭。甘宏協(xié)等[5]認為，印度野牛在西雙版納地區(qū)多棲息于溝谷雨林、山地雨林、竹林混交林和南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林。

無人機是無人航空駕駛飛機(unmanned aerial vehicle，UAV)的簡稱，是一種利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操控的不載人飛行器[6]。由于無人機具有成本低、能耗小、安全可靠等特點，已廣泛應(yīng)用于大型哺乳動物調(diào)查監(jiān)測，如郭興建等[7]利用無人機航拍調(diào)查對瑪多縣縣域內(nèi)的巖羊(Pseudoisnayaur)種群進行了估算；飛行高度為100 m時，無人機可拍攝到清晰的非洲象(Loxodontaafricana)影像，進而統(tǒng)計個體數(shù)量[8]；無人機在我國野生亞洲象的調(diào)查、研究和監(jiān)測中也有應(yīng)用[9]，但未見用于印度野牛野外監(jiān)測與救護，現(xiàn)將一例利用無人機技術(shù)對印度野牛野外救護和監(jiān)測案例進行報道。

1 采用無人機尋找受傷印度野牛，勘察野牛傷情及現(xiàn)場環(huán)境

2020年1月12日，西雙版納傣族自治州林業(yè)和草原局接到報告，在勐?？h勐往鄉(xiāng)附近山上發(fā)現(xiàn)一頭受傷的印度野牛，行動困難，需要緊急救護。次日，由西雙版納傣族自治州林業(yè)和草原局、云南大學(xué)、西雙版納國家級自然保護區(qū)管護局、西雙版納傣族自治州森林公安局、西雙版納傣族自治州獸醫(yī)站、西雙版納亞洲象收容救護中心、昆明正浩電訊有限公司等單位的領(lǐng)導(dǎo)和專家組成了聯(lián)合救護小組，安排護林員密切關(guān)注受傷野牛的活動情況及位置并及時向聯(lián)合救護小組匯報監(jiān)測結(jié)果。2020年1月14日，救護小組趕往勐往鄉(xiāng)護林員鎖定的大致位置，立即采用大疆系列無人機(大疆“御2”變焦版，大疆創(chuàng)新科技有限公司生產(chǎn))對護林員指定的范圍進行了多次掃描，通過足跡、路徑、臥跡及倒伏的灌叢和草叢等痕跡找尋野牛，最后，在森林和甘蔗地的交界處(圖1)(22°21′32.9″N，100°26′6.3″E)發(fā)現(xiàn)了受傷的印度野牛。從無人機傳回的畫面看出是一頭體型龐大的成年雄性印度野牛，雖然受了傷但體力尚可維持其站立并小范圍跑動，對無人機還表現(xiàn)出高度敏感、防御和攻擊行為。為了拍攝到野牛傷口處清晰的照片和視頻，無人機飛行員隨后對野牛身體四周進行了多角度拍攝，高度也從600 m，500 m，400 m……一直降到10 m左右，通過傳回的近距離拍攝畫面發(fā)現(xiàn)該野牛左前肢的腳踝周圍有明顯創(chuàng)口，傷口已經(jīng)感染、發(fā)炎和腫脹，如果不及時進行救治，發(fā)炎的傷口將危及該野牛的生命。聯(lián)合救護小組根據(jù)無人機監(jiān)測到的詳細情況進行了緊急商議，一致認為，要救護該野牛必須先實施麻醉才能有效地對其傷口進行清創(chuàng)、消毒和涂藥。但是，由于該印度野牛為成年雄性，體型龐大，具尖銳的牛角(圖2)，性情兇猛，反應(yīng)機敏，奔跑速度快，具有極強的潛在攻擊能力。從影像中還發(fā)現(xiàn)，該野牛所在位置為林緣的甘蔗地，正值甘蔗成熟季節(jié)，地里的甘蔗十分濃密，植株高約2.5—3.5 m，若采用麻醉槍或人工吹管實施麻醉，麻醉槍和人工吹管的有效射程僅為10 m左右，必須由射手到達距野牛10 m左右的地方實施麻醉。射手到達此位置后，高大而濃密的甘蔗將會遮擋視線，很難找到合適的位置，并且射出的麻醉針也容易被甘蔗阻擋而無法擊中目標(biāo)。更讓人擔(dān)心的是，防范意識和攻擊能力極強的野牛必然會對近身的射手發(fā)動攻擊，對射手的人身安全將構(gòu)成嚴重威脅，極有可能造成人員傷亡。

圖1 受傷印度野牛所在位置及生境Fig.1 Location and habitat of the injured gaur

圖2 被無人機遠程麻醉后的印度野牛Fig.2 The gaur is remotely anesthetized by the UAV

2 在無人機上加載麻醉吹管

經(jīng)救護小組緊急而充分地研究，決定創(chuàng)新性地采用無人機攜帶麻醉吹管進行遠程麻醉的方式開展此次救護工作。2020年1月14—15日，由相關(guān)專家、無人機飛行員、獸醫(yī)及工程技術(shù)人員共同對麻醉吹管和無人機進行了設(shè)計、研制和組裝：(1)選擇長約1 m麻醉吹管，在管頭上安裝觸發(fā)機關(guān)及紅外瞄準器(圖3)，經(jīng)多次試驗，確定紅外瞄準器能夠?qū)ψ⑸洳课贿M行瞄準和指示。(2)選取兩種型號的無人機(大疆“御2”變焦版和大疆“M210”，均為大疆創(chuàng)新科技有限公司生產(chǎn))，將麻醉吹管固定在無人機上備用，大疆“御2”變焦版為四旋冀小型無人機(圖4)，安裝時將麻醉吹管斜向固定在無人機下方；大疆“M210”為四旋冀中型無人機，麻醉吹管垂直懸掛并固定于無人機的正下方(圖5)，通過兩種無人機分別傳回到監(jiān)視器上的畫面調(diào)整麻醉吹管及瞄準器位置，麻醉吹管的遙控觸發(fā)器固定在無人機駕駛員的腰部，以便在瞄準時能夠快速觸發(fā)按鈕實施麻醉。改裝工作完成后，救護小組在空曠地帶進行了多次瞄準和發(fā)射試驗，以確保無人機鎖定位置后，通過觸發(fā)器發(fā)射麻醉吹管能夠?qū)⒙樽磲樉珳拾l(fā)射到預(yù)定位置，最終實驗獲得了成功并能熟練掌握和相互配合。(3)麻醉針是由大號普通塑料注射器配備大號金屬針頭改造而成，在注射器的尾部添加毛線以封閉吹管并形成尾翼，減少注射器在發(fā)射時偏離軌道(圖6)。注射器內(nèi)所用的麻醉藥為M99(Novartis Animal Health UK Ltd，Vm12501/4131)；拮抗劑M5050(Novartis Animal Health UK Ltd，Vm12501/4130)。

圖3 安裝了瞄準器和觸發(fā)機關(guān)的麻醉吹管Fig.3 Anesthesia blowpipe with sights and triggers

圖4 監(jiān)測用大疆“御2”無人機Fig.4 The monitoring UAV “DJ Royal 2”

圖5 麻醉吹管垂直懸掛于大疆“M210”無人機下方Fig.5 The anesthesia blowpipe is installed vertically

圖6 改裝后的帶尾翼的麻醉針Fig.6 The anesthesia needle be modified with tail fin

3 采用無人機實施遠程麻醉

2020年1月15日14：00左右，使用大疆“御2”變焦版無人機再次確認了受傷野牛的準確位置，發(fā)現(xiàn)它俯臥在甘蔗叢中，精神狀態(tài)良好，但由于俯臥后位置較低，大疆“御2”變焦版無人機的平射吹管角度不夠，無法完成麻醉任務(wù)。隨后救護小組決定可以采用大疆“M210”無人機攜帶麻醉吹管從野牛上方垂直往下射擊麻醉針實施麻醉。無人機飛行員先采用大疆“M210”無人機攜帶麻醉吹管(不加麻醉劑)進行預(yù)麻醉，確定可行后無人機立即返航，將0.5 mL的M99麻醉劑注入麻醉針中，并將麻醉針置于帶有紅外瞄準器的麻醉吹管內(nèi)，將麻醉吹管固定于大疆M210無人機上。無人機攜帶著麻醉吹管飛至受傷野牛上方，通過攝像頭及紅外瞄準器鎖定注射部位，隨即按下觸發(fā)機關(guān)按鈕，麻醉針成功射入野牛背部肌肉。救護人員通過無人機傳回的畫面反復(fù)確認野牛是否已被麻醉，30 min后，確認已經(jīng)被麻醉且無攻擊力時，由經(jīng)驗豐富的獸醫(yī)前往野牛處，人工在其臀部再次肌肉注射1 mL M99麻醉劑，受傷野牛徹底被麻醉后，全體救護人員先用黑布蒙住其眼睛，迅速對其傷口進行清創(chuàng)、消毒、上藥和包扎處理。為了今后能夠繼續(xù)監(jiān)測該野牛的康復(fù)情況，救護小組在其頸部佩戴了GPS項圈，然后注射同等劑量的拮抗劑(M5050)使其復(fù)蘇。處理完后，救護小組組長通知全部救護人員迅速撤離現(xiàn)場。

4 采用無人機實施救護后的監(jiān)測

撤離約30 min后，救護小組再次使用大疆“御2”變焦版無人機對野牛是否蘇醒及活動情況進行確認，通過無人機畫面，確認野牛已蘇醒并能正?；顒雍?，結(jié)束野外救護行動，由護林員根據(jù)GPS項圈發(fā)回的位點信息繼續(xù)監(jiān)測野牛的康復(fù)情況。

5 小結(jié)

本次在云南省西雙版納地區(qū)開展印度野牛的野外救護中，無人機首先在監(jiān)測和尋找過程中發(fā)揮了重要作用，確保了人員的安全，也節(jié)省了時間和人力物力；查找并確定了野牛的準確位置，并勘察了野牛的傷情及現(xiàn)場周圍情況后，傳回的詳細而清晰的畫面為制定和調(diào)整救護方案提供了重要參考；由多學(xué)科專家和工程技術(shù)人員共同合作，成功地將麻醉吹管和遙控發(fā)射裝置加載到無人機上，為實現(xiàn)遠程麻醉奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)；遠程麻醉與近距離人工麻醉相結(jié)合成功地實施了印度野牛的麻醉和救治，確保麻醉成功率的同時，還有效地避免了在視野不佳的情況下射手冒然進入密林實施麻醉可能遭致野牛傷害的風(fēng)險；采用無人機對救治后的野牛復(fù)蘇及活動情況進行監(jiān)測，確保了救護的成功率并能掌握救助后動物的生存狀況。由此可見，采用無人機救護印度野牛的過程中，除了能快速、準確地尋找到受傷野牛的位置、弄清其傷情及周圍環(huán)境狀況外，更重要的是能夠在確保救護人員安全的情況下有效地實施遠程麻醉，且在后續(xù)康復(fù)狀況的跟蹤監(jiān)測中繼續(xù)發(fā)揮作用。由此我們認為，無人機技術(shù)在大型哺乳動物，尤其是攻擊能力強的大型哺乳動物監(jiān)測及救護中值得推廣應(yīng)用。