Τα Drones ως εργαλείο για την παρακολούθηση των επιπτώσεων του ανθρώπινου παράγοντα
Από RemoteSensing Wiki
Τα Drones ως εργαλείο για την παρακολούθηση των επιπτώσεων του ανθρώπινου παράγοντα και των αλλαγών στη βλάστηση σε πάρκα και προστατευόμενες περιοχές
Francisco Javier Ancin-Murguzur1 , Lorena Munoz1 , Christopher Monz2 & Vera H. Hausner1
1Τμήμα Αρκτικής και Θαλάσσιας Βιολογίας, Τμήμα Αλιείας και Οικονομικών Επιστημών Βιοεπιστημών, UiT-Αρκτικό Πανεπιστήμιο Νορβηγίας, N-9037 Tromsø, Νορβηγία
2Τμήμα Περιβάλλοντος και Κοινωνίας και Το Οικολογικό Κέντρο, Πανεπιστήμιο της Γιούτα, 5215 Old Main Hill, Logan Utah, 84322-5215
Περίληψη
Σε αυτή τη μελέτη, παρουσιάζουμε πώς θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (π.χ. UAV ή drones) για την παρακολούθηση των επιπτώσεων του τουρισμού στις προστατευόμενες περιοχές. Ο τουρισμός έχει αναπτυχθεί σε εθνικά πάρκα στη Νορβηγία τα τελευταία χρόνια, όπως στο εθνικό πάρκο Jotunheimen για το οποίο ισχύει η μελέτη αυτή. Μέσω της έρευνας παρουσιάζεται πώς τα αεροσκάφη θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη διαχείριση της προστατευόμενης περιοχής μέσω της παρακολούθησης των προτύπων χρήσης των επισκεπτών και των κοινά συσχετισμένων επιπτώσεων όπως η διαδρομή (πλάτος και βάθος), η δομή της βλάστησης και οι διαταραχές, ο πολλαπλασιασμός των άγνωστων διαδρομών. Στη συνέχεια αξιολογήθηκε η ακρίβεια και η αξιοπιστία σε σύγκριση με τις εντατικές μετρήσεις επιπτώσεων και βρήκαμε αεροσκάφη χαμηλού κόστους για να είμαστε αποτελεσματικοί στη χαρτογράφηση της περιοχής μελέτης. Επιπλέον, δημιουργήθηκε ένας χάρτη ταξινόμησης βλάστησης υψηλής ανάλυσης που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως βάση για την παρακολούθηση των επιπτώσεων. Τέλος η έρευνα καταλήγει στο συμπέρασμα ότι τα αεροσκάφη μπορούν να συμβάλουν αποτελεσματικά στην παρακολούθηση των επισκεπτών, μειώνοντας τον χρόνο που διανύουμε στον τομέα και παρέχοντας χρονολογικές σειρές υψηλής ανάλυσης που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως βάση για τη μέτρηση των επιπτώσεων του τουρισμού στις τιμές προστασίας σε προστατευόμενες περιοχές.
Εισαγωγή
Ο αριθμός των επισκεπτών σε πάρκα και προστατευόμενες περιοχές αυξάνεται σημαντικά. Χωρίς σωστή διαχείριση, η εντατική χρήση των φυσικών χώρων μπορεί να καταλήξει σε επιβάρυνση του φυσικού περιβάλλοντος. Η παρακολούθηση των διαδρομών και των οικολογικών συνθηκών των φυσικών χώρων απαιτεί εν γένει εντατική δειγματοληψία από εργαζόμενους στην περιοχή οι οποίοι μετρούν άμεσα τις συνθήκες διαδρομής όπως το βάθος ή το πλάτος ,ο πολλαπλασιασμός άτυπων, ο κατακερματισμός της βλάστησης και οι μετατοπίσεις ως συνέπεια της ψυχαγωγικής χρήσης. Η κατανομή των σκουπιδιών και άλλων επιπτώσεων των επισκεπτών κατά μήκος των διαδρομών . Αυτές οι ιδιότητες είναι σημαντικές για τη διαχείριση, όχι μόνο για τη διατήρηση των ειδών και της άγριας ζωής, αλλά και για την παροχή στους επισκέπτες υψηλής ποιότητας εμπειρίας από την επίσκεψη προστατευόμενων περιοχών. Ενώ οι τρέχουσες μέθοδοι για την παρακολούθηση των επιπτώσεων μπορούν να είναι πολύ ακριβείς, αυτές οι προσεγγίσεις βασίζονται σε εργαζόμενους υψηλής εξειδίκευσης και προσεκτικό σχεδιασμό σχετικά με τις παραμέτρους που είναι σχετικές με τη μέτρηση. Οι οικονομικοί και υλικοτεχνικοί περιορισμοί της παραδοσιακής επιτόπιας εργασίας καταλήγουν σε χρονικά και χωρικά αραιά δεδομένα σχετικά με τις συνθήκες στις προστατευόμενες περιοχές που παρεμποδίζουν τον αποτελεσματικό σχεδιασμό διατήρησης. Μια εναλλακτική που απαιτεί λιγότερη εργασία πεδίου είναι η χρήση γεωμετρικών εικόνων μεσαίας ή υψηλής ανάλυσης, είτε από αεροναυπηγικές είτε από δορυφορικές εικόνες. Με την εμφάνιση προσιτών μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων (δηλαδή UAV ή drones) ικανών να συλλέγουν εικόνες υψηλής ανάλυσης, διάφορα πεδία έρευνας χρησιμοποιούν αυτή την τεχνολογία για τη συλλογή σχετικών πληροφοριών. Μαζί με την εύκολη εγκατάσταση εξοπλισμού, τα αεροσκάφη επιτρέπουν την άκρως αποτελεσματική παρακολούθηση των τιμών και των απειλών για τη διατήρηση.
Μεθοδολογία
Περιοχή Μελέτης
Η περιοχή μελέτης βρίσκεται κοντά στο Εθνικό Πάρκο Jotunheimen στη νοτιο-κεντρική Νορβηγία στην ακτή της λίμνης Gjendes (Εικ. 1). Αυτή η περιοχή αποτελεί τουριστικό αξιοθέατο για υπαίθριες αναψυχή και έχει επίσης χρησιμοποιηθεί παραδοσιακά για βόσκηση προβάτων. Η περιοχή μελέτης ως το κύριο αξιοθέατο της περιοχής που λαμβάνει 60.000 επισκέπτες ετησίως.
Χειροκίνητες μετρήσεις
Γραμμές εδάφους εδάφους δημιουργήθηκαν με δειγματοληψία 17 τμημάτων μονοπατιών κάθε 20 μέτρα, που δείχνουν την έναρξη και τη λήξη των μετρήσεων πλάτους και βάθους διαδρομής. Κάθε τμήμα μονοπατιού μετρήθηκε πέντε φορές για να εκτιμηθεί η μεταβλητότητα.
Πτήση Drone
Οι εικόνες αποκτήθηκαν τον Αύγουστο του 2017 και του 2018 με τη χρήση ενός ενσωματωμένου συστήματος GPS με ενσωματωμένη μονάδα GPS ° .Το υψόμετρο ήταν 10 μέτρα και ταχύτητα πτήσης έως 2 m / sec αποδίδοντας μια απόσταση δειγματοληψίας εδάφους περίπου 5 mm / εικονοστοιχείο. Οι εικόνες που προέκυψαν υποβλήθηκαν σε επεξεργασία μέσω μιας ελεύθερης διαθέσιμης ανοικτής πηγής για φωτογραμμετρικό λογισμικό.
Μετρήσεις Drone
Πραγματοποιήσαμε τις μετρήσεις του drone με τον ίδιο τρόπο με τις χειροκίνητες μετρήσεις για να συγκρίνουμε τη μεταβλητότητα μεταξύ των δύο μεθόδων. Για το σκοπό αυτό δημιουργήσαμε πέντε εικονικές γραμμές σε κάθε μία από τις 17 διαδρομές χρησιμοποιώντας QGIS για να αναπαράγουμε τις χειροκίνητες μετρήσεις. Ο στόχος της χρήσης πολλαπλών γραμμών στην ορθοφωτογράφηση ήταν να καταγραφεί η μεταβλητότητα των μετρήσεων σε μετρήσεις εικόνας που προέρχονται από drone.. Oi ορθοφωτογραφίες ευθυγραμμίστηκαν με τη μέγιστη ανάλυση της ορθοφωτογραφίας (0,5 cm) και το σφάλμα DSM αξιολογήθηκε αφαιρώντας το 2017 DSM στο DSM 2018. Τέλος, πραγματοποιήσαμε μια εποπτευόμενη για τον προσδιορισμό των κύριων ομάδων κάλυψης γης στην περιοχή μελέτης (δηλ. Γυμνό έδαφος, χλοοτάπητες, χόρτα, πέτρες, κτίρια και νερό).
Αποτελέσματα
Η εποπτευόμενη ταξινόμηση οδήγησε σε ένα χάρτη υψηλής ανάλυσης όπου διακρίθηκαν σαφώς οι κύριες κατηγορίες κάλυψης γης, επιτρέποντας την ταυτοποίηση των μονοπατιών με εκτεθειμένο γυμνό έδαφος και των διαφορών στους τύπους βλάστησης (δηλαδή της υγείας, της χλωρίδας και των αγρωστωδών) . Οπτική επιθεώρηση Η οπτική επιθεώρηση του ορθοφωτογραφικού χώρου επέτρεψε την ανίχνευση πιθανών περιττωμάτων από πρόβατα, γεγονός που δείχνει ότι η μέθοδος θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση των συνθηκών άγριας πανίδας.
Συζήτηση
Η μελέτη μας έδειξε ότι τα αεροσκάφη, μαζί με τα φωτογραμμετρικά εργαλεία, μπορούν να προσφέρουν στους χειριστές πάρκων και προστατευόμενων περιοχών αξιόπιστα εργαλεία για την παρακολούθηση των επιπτώσεων της ψυχαγωγίας με μη παρεμβατικό και αποτελεσματικό τρόπο. Οι ποδηλάτες μπορούν να παράσχουν μετρήσεις των παραμέτρων του ίχνους, όπως το πλάτος, το βάθος και τον ανεπίσημο πολλαπλασιασμό των διαδρομών, αλλά και πιο σύνθετες μετρήσεις όπως η αλλαγή της βλάστησης, η απώλεια εδάφους λόγω διάβρωσης ή κατολισθήσεων τα σκουπίδια και τα άγρια ζώα.Η συστηματική απόκλιση που διαπιστώνεται στις μετρήσεις διορθώνεται με τη μέτρηση ενός υποσυνόλου βάθους αναφοράς ή αντικειμένων σκέδασης με γνωστές διαστάσεις στην περιοχή μελέτης για τον υπολογισμό των παραμέτρων διόρθωσης. Εκτιμήθηκε η ακρίβεια και η αξιοπιστία της χρήσης drones για την παρακολούθηση των ανθρώπινων επιπτώσεων και της αλλαγής της βλάστησης με εντατική δειγματοληψία σε προστατευόμενη περιοχή και διαπιστώσαμε ότι οι πληροφορίες που ανακτήθηκαν από τα drones έχουν χαμηλό ποσοστό σφάλματος, τόσο σε σύγκριση με τις χειροκίνητες μετρήσεις όσο και μεταξύ ετών. Τα αεροσκάφη παρέχουν ένα νέο σύνολο εργαλείων για τη διαχείριση πάρκων και προστατευόμενων περιοχών, εφαρμόζοντας εργαλεία GIS στις εικόνες που προέρχονται από το drone. Η ταξινόμηση βλάστησης υψηλής ανάλυσης παρέχει χάρτες κάλυψης βλάστησης και ενημερώνει τους υπεύθυνους για τη λήψη αποφάσεων σχετικά με το τοπίο και τις πιθανές αλλαγές βλάστησης.Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές αεροφωτογραφίες, τα αεροσκάφη είναι ένα πιο ευέλικτο εργαλείο για την παρακολούθηση των ανθρώπινων επιπτώσεων και των αλλαγών στη βλάστηση. Παρά τα πλεονεκτήματα που παρέχει αυτή η μέθοδος, υπάρχουν αρκετοί περιορισμοί. Πρώτον, τα μονοπάτια πρέπει να είναι άμεσα ορατά από τον αέρα: η κόμη του δέντρου εμποδίζει την άμεση θέα, καθιστώντας αδύνατη τη δημιουργία ορθοφωτογράφου. Επιπλέον, πρέπει να πληρούνται οι νομικές απαιτήσεις (δηλ. Εγγραφές, άδειες) πριν από την έναρξη της έρευνας. Επιπλέον, πρέπει να υπάρχει ασφαλές σχέδιο πτήσης, όπου αξιολογούνται οι πιθανοί κίνδυνοι. Η διάρκεια ζωής της μπαταρίας είναι βασικός παράγοντας, με κατά προσέγγιση διάρκεια πτήσης 30 λεπτών / μπαταρία στα περισσότερα αεροσκάφη σε επίπεδο καταναλωτών. Αυτή η χωρητικότητα χρόνου πτήσης μπορεί να απαιτεί την προσγείωση του drone αρκετές φορές για να αντικαταστήσει τις μπαταρίες πριν οριστικοποιήσει μια αποστολή, απαιτώντας έτσι προσεκτικό σχεδιασμό ασφαλών χώρων προσγείωσης για να αποφευχθούν ατυχήματα και να ενοχληθούν οι επισκέπτες ή η άγρια φύση. Τα μικρά ηλεκτρικά αεροσκάφη δείχνουν την ελάχιστη διαταραχή στην άγρια φύση, αλλά είναι ξένα προς το φυσικό τοπίο και πρέπει να πετάξουν με προσοχή , επομένως είναι απαραίτητη η προσεκτική παρατήρηση των σημάτων στρες όταν μεταφέρονται κοντά στην άγρια φύση για να προσαρμοστούν, ή ακόμα και να σταματήσει, την αποστολή πτήσης.
Συμπεράσματα
Συμπερασματικά, οι διαχειριστές πάρκων και προστατευόμενων περιοχών θα επωφεληθούν από την εφαρμογή αεροσκαφών για την παρακολούθηση των επιπτώσεων, γεγονός που θα οδηγήσει σε χωρικά σαφή και πλήρη δεδομένα υψηλής ποιότητας με πολύ χαμηλό κόστος. Ο συνδυασμός ορθοφωτογραφιών, DSM και διαβαθμισμένων χαρτών παρέχει πληροφορίες υψηλής ποιότητας που μπορούν να βελτιώσουν τις γνώσεις για το τοπίο και να οδηγήσουν σε αποτελεσματικότερη διαχείριση.
