一架无人机正在肯尼亚中部的一群平原斑马上空飞行。它飞得很高，所以动物们不会被它打扰。正如监测无人机的研究人员Ben Koger和Blair Costelloe所说，研究这些斑马的集体和空间行为非常有趣。

平原斑马生活在多层次的社会中：一小群雌性和一只雄性结合在一起，形成了几十只更大的动物群。这种社会和空间结构可能会影响决策和信息共享等行为过程，并对理解我们自己的复杂社会产生影响。传统上，进行这种研究是非常困难的。但他们的团队利用无人机和人工智能开发的新技术开辟了新的可能性。

为了探索斑马或gelada猴等动物群体，Ben Koger、Blair Costelloe、Iain Couzin和来自康斯坦茨大学“集体行为高级研究中心”马克斯·普朗克动物行为研究所的其他研究人员，开发了一种新方法，使用无人机和计算机视觉收集有关动物行为和动物周围自然景观的数据。

研究人员使用无人机成像来记录自然环境中的整组动物。行为生态学家Blair Costelloe描述了这种方法：“我们创建了一个分析管道，可以拍摄无人机的空中镜头，提取动物的位置、运动和行为信息。我们可以测量它们的空间分布和行为状态，并获得关于它们周围环境的丰富信息，包括环境的3D结构。”

将跟踪从实验室带到现场

以前的研究人员大多在高度控制的实验室条件下获得关于动物群体动力学的高精度数据集，在那里你可以反复重复实验。但该团队问自己：“我们能用成像无人机和新的计算机算法来采取同样的实验室方法，但把它们带到自然景观中吗？”

这是可能的，但有几个挑战必须解决。“我们经常一次记录20个或更多不同的个体。在一个半小时的视频观察中，量化每个个体的位置需要数周时间。第一个挑战是我们如何自动检测我们感兴趣的动物？”解决方案是训练强大的深度学习算法。

第二个挑战：研究人员对动物的运动感兴趣，但他们录制的视频不仅包括动物的运动，还包括无人机的运动和他们拍摄的丘陵景观的扭曲。在获得有意义的数据之前，所有这些不同的元素都需要考虑。

新方法的优点

Koger说：“我们基于图像的方法的强大之处在于它是一个通用的解决方案。”由于无人机不仅观察动物群体，还观察景观，因此可以获得非常广泛的数据集，其中包括被观察群体中所有动物的社会和环境背景信息。这是可能的，因为他们明确地为他们正在记录的3D景观建模。这意味着该方法可以用于任何开放景观，并让研究人员明确检查栖息地对行为的影响。

Blair Costelloe说：“这是一种非常强大的方法，迄今为止一直非常困难。”与另一种常见方法不同的另一个优点是，动物不需要被捕获并安装运动传感器，这可能是一个危险且昂贵的过程，尤其是在研究格雷维斑马等濒危物种时。

使用潜力

在世界范围内，由于栖息地的丧失、气候变化和其他威胁，野生动物的数量正在下降。更多地了解动物群体在复杂的自然环境中的行为，有助于为保护行动提供信息，也有助于对野生动物物种的生活和行为产生新的见解。

在3月22日发表在《动物生态学杂志》上的论文中，该团队概述了他们的方法有很大潜力产生新见解的某些研究领域，如空间介导的行为过程、多动物集体行为和动物与环境的相互作用。这篇论文包括对肯尼亚格雷维斑马和埃塞俄比亚gelada猴子的案例研究。

Blair Costelloe说：“我们的方法的优势之一是它可以适应许多不同的物种和环境。”这就是为什么她对新方法的使用持乐观态度。“我认为这种方法有可能帮助我们对个体行为如何产生高阶现象有更多的理解。”Costelloe说。因此，该团队目前正在研究生成的数据，以便很快对geladas以及斑马等非洲有蹄类动物的群体行为有更多的了解。