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

技術要約：熱赤外線搭載UAVによるニホンジカ個体群動態のモニタリング

問題提起
効果的な野生動物管理は、目標設定、駆除プログラムの評価、および生態学的被害の予測を行うための、信頼できる動物個体数評価に依存している。従来の地上ベースのモニタリング手法（例：歩行によるサインカウント、直接カウント、カメラトラップ）は広く用いられているが、これらは労働集約的かつ時間がかかり、遠隔地や険しい地形での実施が困難であり、検出確率の低さや観察者バイアスの問題が生じやすい。無人航空機（UAV）に熱赤外線（TIR）カメラを搭載した手法は、大型陸生哺乳類のモニタリングにおいて効果的なツールとして台頭しているが、既存研究の多くは短期間の調査に留まっている。駆除のような積極的な個体数管理介入が行われている状況下で、長期間（複数年）にわたってドローンベースのTIR調査の有効性を評価した研究は不足している。

方法論
本研究は、長期的な駆逐プログラム（駆除）が実施されている、北海道の洞爺湖に位置する閉鎖的なニホンジカ（Cervus nippon）の個体群が生息する中島（面積約5 km²）において実施された。研究者らは、2021年は機器の故障により除外したものの、2019年から2024年にかけての6年間にわたりUAV調査を実施した。

• 調査プロトコル： 視認性を最大化するため、冬季または春季（落葉期）に調査を実施した。飛行は、鹿と環境との熱コントラストを高く保つため、早朝（日の出後1時間以内）または夜間（日没後2時間以降）に行われた。
• 使用機材： 2種類のUAVモデルを使用した。2019–2022年にはZenmuse XT ZXTB19FP TIRカメラを搭載したInspire 1 V2.0を、2023–2024年にはTIRセンサーを統合したMavic 2 Enterprise Advancedを使用した。飛行高度は地上高70–120 mとした。
• 運用戦略： 島内の地形（3つのピークと尾根）およびバッテリー寿命の制限により、エリアを4つの飛行ゾーンに分割した。運用には、パイロット1名、助手1名、および4名の監視員（セントリー）からなる計6名のチームが必要であった。監視員は、調査前に常緑針葉樹林（熱検出が困難な場所）から鹿を追い出し、かつ再進入を防ぐために配置された。
• データ収集： パイロットはUAVを手動で制御し、熱源を特定した。鹿が確認されると、ドローンをホバリングさせてジオレファレンス（地理参照）付きの写真を撮影した。カウントの検証には、飛行後にビデオ録画をレビューした。
• 比較分析： UAVによる鹿のカウント数を、収穫ベース推定（HBE）モデルと比較した。HBEは、以下のデータを統合した状態空間モデルを利用した：
  • 駆除数（観測データ）。
  • ドライブカウントデータ（湖岸へと追い込まれた鹿の地上カウント）。
  • カメラトラップデータ（個体数指数）。
    モデルは、年度初めに個体数が増加し、駆除後に減少すると仮定して、駆除前（$N_{Bt}$）および駆除後（$N_{At}$）の個体数を示す潜在変数を推定した。

主な結果

• 個体群トレンドの検出： UAVベースの推定値は、進行中の駆除活動と一致する、ニホンジカ個体群の減少傾向を正常に検出した。HBEモデルは、2019年から2024年にかけて64.8%の個体数減少を推定した。
• 相関関係： UAVベースの推定値とHBE推定値の間には、正の相関（$R = 0.67$）が認められた。
• 効率性： UAV調査は、従来の地上ベースのドライブカウントよりも大幅に少ない労力を必要とした。年間の平均UAV調査労力は51.3人時であったのに対し、ドライブカウント調査では245人時（35名による7時間の作業）を要した。したがって、UAV調査はドライブカウントの20%の労力で済んだ。
• 検出能力： 高温の熱シグネチャにより、鹿だけでなく、足跡や休息場所の特定も可能であった。カラスなどの鳥類も熱シグネチャを示すが、形態的な形状や相対的な頭部の温度に基づいて、鹿と区別することができた。
• 限界事項： 2020年と2022年において、UAVによるカウント数はHBEモデルの確信区間を下回った。著者らは、これを2日間の調査期間中に鹿が飛行ゾーン間を移動したことによる潜在的な過小評価であると考えている。

意義および主張
本論文は、熱赤外線カメラを搭載したUAV調査が、従来の地上ベースの調査と比較して、長期的な野生動物モニタリングにおいて非常に信頼性が高く、費用対効果の高い手法であることを主張している。本研究は、この技術が、能動的な管理（駆除）下における個体群動態を複数年にわたって効果的に追跡できることを示している。

著者らは、以下の具体的な利点を強調している：

1. 労働と安全の軽減： UAV調査は、人員の身体的リスク（例：雪に覆われた地形での滑落）を最小限に抑え、より少人数のチームで実施可能である。
2. 低刺激性： 70–120 mの高度での飛行は、鹿への刺激を最小限に抑え、動物が逃避する事例もほとんど観察されなかった。これにより、観察された場所が典型的な活動範囲であることを保証している。
3. 駆逐に向けた拡張性： 駆逐プログラムが進み、鹿の密度が低下するにつれ、広範囲の個体を検出する能力が重要となる。UAVは、カメラトラップ（地点限定的）やドライブカウントよりも効率的に個体を特定する手段を提供し、捕獲効率を高める可能性がある。
4. 適用可能性： 本手法は、視覚的な検出が困難な森林地帯や険しい地形における大型有蹄類のモニタリングなど、世界中の同様の環境に適用可能であると提示されている。

本研究は、短期間の調査では動物の移動により過小評価が生じる可能性があるものの、調査を単一の日内に完了させることで精度をさらに向上させることができると結論付けている。著者らは、個体数が減少して駆逐が進むにつれて、これらのカウント手法の精度は向上すると予想されるとし、UAVが個体数制御の最終段階において不可欠なツールになると示唆している。