青藏高原生态安全一直是国家和社会关注的重大问题。由于气候变化和扰动等影响局地高寒草地生态系统已经发生不同程度的退化。扰动主要包括过度放牧和高原鼠兔（Ochotonacurzoniae）的挖掘和啃食。过度放牧的影响已经得到比较一致的认可，人们对高原鼠兔的影响存在非常大的争议：西方学者（包括部分中国学者）认为高原鼠兔是一种关键种，对整个高寒草地生态系统起着至关重要的作用，一些文章把鼠兔称为高原的小精灵；而青藏高原当地政府认为高原鼠兔是一种“害”，每年花费大量的人力和物力开展灭鼠活动，例如2005年延续至今的三江源生态保护一二期工程，政府灭鼠兔的投入从1.57亿增投到6.5亿。造成这些争议的主要原因是由于观测手段的欠缺对鼠兔影响的认识不够。卫星遥感分辨率太粗没法获取地面斑块和鼠洞；而地面工作非常费时费力。大疆精灵无人机以及Mobile SDK第一次为大范围研究鼠兔影响提供了可能。

我们冰冻圈生态团队开发了草地斑块监测系统（图1），包含了野外前配置，野外实地航拍，以及野外后资料融合、分析以及备份等。其中实地航拍是该系统的数据基础，而大疆精灵无人机以及Mobile SDK是航拍的核心。我们开发的Android航拍应用主要包含3部分：1）工作地点的确定，利用UCMAP移动GIS系统进行野外工作地点的定位（图2）；2）航点的设定，到工作地点后设置航点（一般为200米乘100米矩形，50米一个航点，图3）；3）飞行控制，设置飞行高度、停留时间等（图4）。以上信息通过Sqlite数据库保存，一方面可以提高效率（不需要重复设置），另外一方面可以保证以后的航拍能在同一地点、同一高度进行，从而可以形成长时间序列的资料。

  


图 1. 草地斑块监测系统。

在2015年7-8月份，我们团队在青藏高原开展了多次野外航拍工作，累计行程2万余公里（图2），在300多个工作地点进行了500余次飞行（仅发生一次掉机现象，损失2只旋翼），最高地点为中科院寒旱所唐古拉科考站，海拔5070米，Phantom 3能在较强风速的情况下平稳地完成设定的航拍任务。

图2. 野外考察轨迹。

图3. 航点设定

图4. 飞行控制

2015年科考获取了大量的数据（例如7万张航拍照片），我们利用基于Java 和MySql的软件系统进行管理（图5），确定每一张照片在航线中的位置（图6），并进行分析（图7）。

图5. 管理系统

图6. 照片定位

图7，照片分析

初步分析表明大疆Phantom3可以提供高分辨率的照片（图8），定位也很准确，同一航点处不同时间拍摄的照片基本相同（图9）。

图8，照片例子，分辨率高，右边红框大图为左边红框小图的放大（20米高度拍摄）。

图9，照片例子，左右两图为同一航点处不同时间的拍摄。

由上面的分析可见，大疆Phantom3和SDK可以在较恶劣条件下（高海拔和较强风速）平稳飞行，照片精度高，可重复性强，完全满足了青藏高原野外航拍科考的要求，从而也能满足中国其他地区草地航拍科考的要求。我们计划在青藏高原开展长期的航拍观测，同时也希望能和更多的高校和科研单位进行合作，获取大量数据，最终为生态安全提供科技支撑。