文 l 张飞

编辑 l 张飞

无人机在生态保护和农业方面的应用迅速扩大，越来越多的文献描述了它们在全球卫生工作中，包括媒介控制方面的潜在应用。

媒介传播的疾病对全球一半以上的人口造成了严重的公共卫生和经济影响，然而传统的监测和处理媒介栖息地的方法通常是费力且缓慢的。

无人机的高机动性使它们能够到达地面团队无法进入的偏远地区。

鉴于这些工具在媒介控制计划中的不断扩展的实例，有必要建立当前关于无人机在这一背景下应用的知识基础，并评估其与传统方法相比的优势和挑战。

本综述旨在总结目前关于无人机在疟疾控制和更广泛的媒介控制方面的能力的已有知识，以及在技术可以轻松适应疟疾媒介的情况下的应用。

无人机在病媒栖息地监视中的应用

无人机常用于生态保护、农业、入侵物种检测等领域的测绘工作，近年来其在检测和控制蚊媒传播疾病方面的应用也越来越多。

疟疾传播蚊的丰度和分布取决于作为繁殖场所的水体的可用性。

幼虫源管理（LSM）是一种旨在通过减少这些繁殖场所的可用性来限制人类暴露于蚊虫叮咬的疟疾干预措施。

鉴定繁殖场所并随后用杀幼剂进行处理是一种成熟但高度劳动密集的过程。

然而，在过去二十年中，随着ITNs（带有杀虫剂的蚊帐）的快速扩大，LSM在疟疾控制计划中的重要性已经减弱。

相对便宜的商用无人机的出现可能通过减少鉴定和处理这些经常偏远地点的时间和劳动需求，重新激发对幼虫繁殖场所的针对性。

航空平台的高机动性使其能够快速穿越难以步行或地面车辆进入的困难地形。

为了有效地针对蚊媒传播疾病控制计划中的繁殖场所，必须收集有关它们位置的最新信息。

无人机是多用途平台，可以安装各种感应设备。

根据用户的喜好，无人机可以使用捕捉电磁辐射反射光线的被动传感器，例如热红外、近红外或可见光谱，或者在高光谱相机中组合使用。

此外，这些系统可能会结合活动传感器，如雷达或激光雷达，以表征地形和植被的三维结构。这些传感器的具体细节已在其他地方得到了广泛的审查。

无人机在城市环境中探测蚊子繁殖地的方法也已被研究，利用无人机的机动性观察技术人员无法接近的屋顶。

然而，在无人机部署到现场之前，评估当地社区对其可接受性非常重要，马来西亚、墨西哥和土耳其进行了普遍人口的横断面研究以评估公众的观点。

近年来，已经使用无人机在坦桑尼亚桑给巴尔、科特迪瓦、马拉维、秘鲁等国探测水体，以进行幼虫源管理和分析最佳路线，以便团队进入控制疟疾的区域，还用于探测墨西哥、秘鲁、斯里兰卡和澳大利亚的蚊媒病毒卵沉积地。

此外，在婆罗洲，无人机被用于研究人类和灵长类动物的活动，以阐明疟原虫疟疾的传播机制，以及绘制蜗牛栖息地图以调查血吸虫病风险。

然而，尽管无人机传感器探测病媒生境的能力不断增强，但仍需要通过实地验证来验证无人机捕获图像的分类结果。

在引入无人机绘制蚊子繁殖地图之前，卫星图像和有人飞机绘图已被用于此目的。这些工具与使用无人机相比，各有优缺点，如表所总结的。

空中载具在图像设备分辨率方面具有显著优势，并且能够在云层下操作。卫星图像的时间很少能够根据最终用户的需求确定，并且通常受到云层的限制。

坦桑尼亚桑给巴尔的一个研究区域可用的卫星图像（Landsat和Sentinel-2）分析表明，81个中心在研究区域的图像中只有两个图像低于5%的云层，可以被认为是可用的，而评估的图像中没有完全无云的图像。

然而，无人机存在一些卫星不具备的限制，如易受风速和降水的影响、有限的电池寿命和导致飞行范围受限以及它们依赖人工操作员进行手动控制。

无人机依赖有利的天气条件，这对于它们在疟疾控制中的效用具有影响，因为病媒昆虫的高峰期通常是一年中最多雨的月份。

与用于病媒控制的商业小型无人机相比，有人飞机对天气条件的影响略小，没有同样受限的操作高度或需要与地面操作员保持视线。

此外，通常较大的飞机机身和燃料容量使有人飞机的操作时间比用于病媒控制的小型商业无人机更长。

目前，无人机在病媒控制中的应用范围受到当地和国家对其操作的规定限制。

通常，各国会设定无人机的操作高度限制（最大高度），但各国之间的差异可能很大。例如，在马拉维，无人机不得飞行高度超过45米，但在喀麦隆可以高达120米。

这些操作高度对于栖息地监测具有重要的影响，因为它限制了单个图像可以捕捉的区域。此外，无人机操作员通常需要始终保持视线联系他们的飞行器。

数据分析

上述对最大飞行高度的限制和高分辨率图像要求的限制导致需要进行图像拼接，这对计算机存储和功率要求很高，尽管这个过程的技术不断改进。

通过无人机搭载传感器获得的图像通常使用软件拼接成一个组装的数字地图（称为“正射图”）。

如果无人机具有适当的传感器，则可以自动使用全球定位系统（GPS）数据进行地理参考，该数据在飞行中自动收集。

如果无人机缺乏板载GPS，则可以通过参考地面控制点（具有已知坐标的物理“地标”）手动获取地理坐标。

通过无人机传感器获得的高分辨率数字地图可用于在矢量监测和控制中开展多项活动。

数字地图的图像处理可以由用户手动完成，也可以由图像处理软件自动完成，该软件对“对象”（如水体、水生植物、道路或人类住所）进行分类。

执行这些分类的算法正在不断改进，但如果图像包含它们未经过训练的景观特征，则它们的准确性会降低，这将需要由人员操作。

处理完成后，生成的地图（称为处方地图）可以上传到无人机上，用于施用杀幼剂或其他控制措施；请参见图，其中显示了这样一张地图的示例。

应该注意的是，与无人机图像相关的数字文件可能非常大（高达70TB），特别是对于需要准确的对象分类所需的高分辨率。

传输和存储这些数据可能会带来实际上的挑战，因为农村现场可能缺乏互联网连接甚至没有电力。

值得指出的是，多光谱和高光谱传感器需要校准和大气校正，以避免影响数据质量的伪影，并允许不同飞行之间的数据比较。

此外，无人机拍摄的图像质量可能会随操作员的经验而有所不同。

用于部署矢量控制有效载荷的无人机

在农业中，广泛使用携带或投放化学物质的无人机。最近的一项荟萃分析显示，大多数关于无人机使用的文章都是在农业领域发表的，其次是地貌学。

然而，这种技术很容易应用于疟疾控制计划中。目前，许多矢量控制干预措施涉及将材料（如杀虫剂或其他控制剂）投放到目标地点。

原则上，使用无人机作为这些材料的投递平台，使得目前需要大量人工操作的技术可以在规模上精确地部署。

杀幼虫剂递送

随着无人机在昆虫繁殖场地制图中的作用日益增加，也出现了将它们直接用于投放杀幼剂到这些水体的应用案例。

最早的无人机投放杀幼剂以控制传染病媒介蚊子的例子出现在2016年美国路易斯安那州，当时出现了西尼罗病毒和寨卡病毒的病例。

一架专门用于在农业中投放除草剂的大疆创新“Agras MG-1”八旋翼飞行器被用于在数百英亩的范围内投放杀幼剂。

在疟疾流行国家中，无人机用于疟疾控制的实际案例仍处于早期阶段，但最近在坦桑尼亚桑给巴尔进行的一项研究取得了有希望的结果，治疗后五周内，Anopheles arabiensis密度降低了90%。

成人药物递送

昆虫杀虫剂空间喷洒是农业和媒介控制计划中一种成熟的技术，通过喷洒液体“雾”杀死成虫昆虫。

空间成虫杀虫剂可以通过多种投放方式进行，例如手持式、车载式或飞机挂载式释放设备。

空间喷洒通常不被视为疟疾常规控制干预措施，而是作为应对流行病的紧急工具使用。

然而，应注意到最近一项系统性回顾得出结论，缺乏证据评估成虫杀虫剂空间喷洒对疟疾传播的影响。

使用无人机运输和释放成虫杀虫剂进行疟疾控制尚未得到评估，但已经进行了少量的针对媒介控制的研究。

无人机的高机动性使其能够进入偏远地区，并直接对准蚊子可能聚集的人类建筑或其他地形进行攻击。

虽然有人驾驶的飞机进行空中喷洒已经是处理大面积区域的成熟方法，但无人机提供了一种低空精准度，可以优化投放并防止浪费。

另一项研究在12公顷区域内释放滴滴涕胺，对囚禁的五带库蚊产生了100%的死亡率。

Williams等人的一项研究介绍并测试了一种模块化无人机系统，能够提供杀幼剂（颗粒状或液体状）或超低体积（ULV）成虫杀虫剂喷洒。

在许多高喷雾率的农业应用中，有效载荷是关键问题，但在媒介控制应用中，喷雾率可以低至0.15 L/ha用于白纹伊蚊控制。

在这种情况下，通常是电池寿命限制了飞行时间，而不是有效载荷不足。

结论

在消除和根除疟疾的情况下，无人机正在成为当前疟疾媒介控制工具箱中一种潜在有用的补充，特别是在传播更可能集中在需要频繁监测和治疗的特定热点的情况下。

此外，无人机在访问偏远或困难地形方面表现出了很大的潜力，例如密集的林地、沼泽地或城市景观。

一些无人机携带和投放载荷的能力使它们适合在目标位置释放控制剂，这些位置可能无法通过传统的地面交通工具到达。

有许多广泛的无人机在媒介栖息地监测中的应用示例，低成本和小起飞空间的要求相对于较大的有人机具有优势。此外，能够在云层下操作的能力解决了通过卫星数据进行遥感的一个关键劣势，但需要注意的是，无人机通常不能在强风和雨天飞行。

鉴于无人机在农业中用于监测害虫物种和植物健康以及广泛的杀虫剂方面的快速技术发展和扩大使用，可以预期疟疾控制的应用将在未来几年持续扩大。

特别是，能够在农业用途中运输和投放大量杀虫剂的无人机市场的增长，可能会解决目前用于疟疾控制的杀虫剂喷洒的无人机的短程和有效载荷能力问题。

总之，无人机正在成为疟疾控制工具箱中一个潜在的有用补充，其高机动性有助于监测病媒栖息地和在困难地形上运送病媒控制有效载荷。

然而，与现有技术相比，有必要进一步研究无人机的成本效益，并制定框架，以允许和规范其在流行病环境中的使用。

是否愿意为无人机增强的病媒监视或控制付费将取决于这种成本效益分析，并可能取决于基于特定活动和资助者的情况。

参考文献

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