Monitoring sika deer population dynamics under culling on Nakanoshima island, Japan, using thermal infrared UAV survey

Resumen Técnico: Monitoreo de la Dinámica de la Población de Ciervos Sika mediante Levantamientos con UAV Térmicos

Planteamiento del Problema
La gestión eficaz de la fauna depende de evaluaciones fiables de la abundancia de animales para establecer objetivos, evaluar programas de sacrificio y predecir daños ecológicos. Aunque los métodos convencionales de monitoreo terrestre (por ejemplo, conteos de señales peatonales, conteos directos, trampas fotográficas) se utilizan ampliamente, suelen requerir mucha mano de obra, tiempo, son difíciles de implementar en terrenos remotos o accidentados y son propensos a bajas probabilidades de detección y sesgo del observador. Aunque los Vehículos Aéreos No Tripulados (UAV) equipados con cámaras infrarrojas térmicas (TIR) han surgido como herramientas eficaces para el monitoreo de la fauna, particularmente para grandes mamíferos terrestres, la mayoría de los estudios existentes son a corto plazo. Existe una escasez de investigación que evalúe la eficacia de los levantamientos con drones y cámaras TIR durante periodos prolongados (varios años) bajo intervenciones de gestión de población activa, como el sacrificio (culling).

Metodología
El estudio se llevó a cabo en la isla de Nakanoshima (aprox. 5 km²) en el lago Toya, Hokkaido, Japón, una población cerrada de ciervos sika (Cervus nippon) sujeta a un programa de erradicación a largo plazo mediante sacrificio. Los investigadores realizaron levantamientos con UAV durante un periodo de seis años (2019–2024), excluyendo 2021 debido a fallos en el equipo.

• Protocolo de Levantamiento: Los levantamientos se realizaron durante el invierno o la primavera (estaciones de defoliación) para maximizar la visibilidad. Los vuelos se llevaron a cabo ya sea temprano en la mañana (dentro de una hora tras el amanecer) o por la noche (comenzando dos horas después del atardecer) para asegurar un alto contraste térmico entre los ciervos y el entorno.
• Equipo: Se utilizaron dos modelos de UAV: un Inspire 1 V2.0 portando una cámara TIR Zenmuse XT ZXTB19FP (2019–2022) y un Mavic 2 Enterprise Advanced con sensores TIR integrados (2023–2024). Los vuelos se realizaron a altitudes de 70–120 m sobre el nivel del suelo.
• Estrategia Operativa: Debido a la topografía de la isla (tres picos y una cresta) y a la limitada duración de la batería, el área se dividió en cuatro zonas de vuelo. Se requirió un equipo de seis personas (un piloto, un asistente y cuatro centinelas). Los centinelas fueron desplegados para ahuyentar a los ciervos de los bosques de coníferas perennifolios (donde la detección térmica es difícil) antes del levantamiento y para evitar su reingreso.
• Recolección de Datos: El piloto controló manualmente el UAV, identificando firmas de calor. Cuando se confirmaba un ciervo, el dron se mantenía en vuelo estacionario para capturar fotografías georreferenciadas. Las grabaciones de video se revisaron después del vuelo para verificar los conteos.
• Análisis Comparativo: Los conteos de ciervos derivados de los UAV se compararon con modelos de Estimación Basada en la Cosecha (HBE). El HBE utilizó un modelo de espacio de estados que integra:
  • Números de sacrificio (datos observados).
  • Datos de conteo por conducción (conteos terrestres de ciervos conducidos hacia la orilla del lago).
  • Datos de trampas fotográficas (índices de abundancia).
    El modelo estimó variables latentes para el tamaño de la población antes del ($N_{Bt}$) y después del ($N_{At}$) sacrificio, asumiendo que el crecimiento poblacional ocurre al inicio del año fiscal y declina tras el sacrificio.

Resultados Clave

• Detección de Tendencias Poblacionales: Las estimaciones basadas en UAV detectaron con éxito una tendencia decreciente en la población de ciervos sika, consistente con los esfuerzos de sacrificio en curso. El modelo HBE estimó una disminución del 64.8% en el tamaño de la población de 2019 a 2024.
• Correlación: Hubo una correlación positiva ($R = 0.67$) entre las estimaciones basadas en UAV y las estimaciones HBE.
• Eficiencia: Los levantamientos con UAV requirieron significativamente menos esfuerzo que los conteos tradicionales por conducción. El esfuerzo promedio anual del levantamiento con UAV fue de 51.3 horas-persona, mientras que el levantamiento por conducción requirió 245 horas-persona (35 participantes durante 7 horas). Por lo tanto, los levantamientos con UAV requirieron solo el 20% del esfuerzo de los conteos por conducción.
• Capacidades de Detección: Las firmas de alta temperatura permitieron la identificación de ciervos, así como de rastros y sitios de descanso. Aunque los cuervos y otras aves también exhibieron firmas térmicas, fueron distinguibles de los ciervos basándose en la forma morfológica y la temperatura relativa de la cabeza.
• Limitaciones: En 2020 y 2022, los conteos por UAV fueron inferiores al intervalo de credibilidad del modelo HBE. Los autores atribuyen esto al posible movimiento de los ciervos entre las zonas de vuelo durante la ventana de dos días del levantamiento, lo que conduce a una subestimación.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que los levantamientos con UAV equipados con cámaras TIR proporcionan un método altamente fiable y rentable para el monitoreo de la fauna a largo plazo en comparación con los levantamientos terrestres tradicionales. El estudio demuestra que esta tecnología puede rastrear eficazmente la dinámica poblacional bajo una gestión activa (sacrificio) durante varios años.

Los autores destacan varias ventajas específicas:

1. Reducción de Mano de Obra y Riesgos: Los levantamientos con UAV minimizan el riesgo físico para el personal (por ejemplo, resbalones en terreno cubierto de nieve) y requieren un equipo más pequeño.
2. Baja Perturbación: Volar a una altitud de 70–120 m resultó en una perturbación mínima para los ciervos, con pocos casos observados de animales huyendo, lo que asegura que las ubicaciones observadas representen rangos de actividad típicos.
3. Escalabilidad para la Erradicación: A medida que los programas de erradicación progresan y las densidades de ciervos disminuyen, la capacidad de detectar animales en áreas extensas es crítica. Los UAV ofrecen un método para localizar individuos restantes de manera más eficiente que las trampas fotográficas (que son específicas de un punto) o los conteos por conducción, aumentando potencialmente la eficiencia de captura.
4. Aplicabilidad: El método se presenta como aplicable a entornos similares globalmente, particularmente para el monitoreo de grandes ungulados en terrenos boscosos o accidentados donde la detección visual es desafiante.

El estudio concluye que, si bien los levantamientos a corto plazo pueden generar subestimaciones debido al movimiento de los animales, completar los levantamientos en un solo día podría mejorar aún más la precisión. Los autores sugieren que, a medida que la población disminuya hacia la erradicación, se espera que la precisión de estos métodos de conteo mejore, convirtiendo a los UAV en una herramienta vital para las etapas finales del control poblacional.