Τηλεπισκόπηση με drone στη διαχείριση αστικών δασών: Μελέτη περίπτωσης
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος Τίτλος: «Drone remote sensing in urban forest management: A case study»
Συγγραφείς: Mia T. Wavrek, Eric Carr, Sharon Jean-Philippe, Michael L. McKinney
Πηγή: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1618866723001498
Περίληψη
Mε λίγα λόγια η μελέτη αφορά στην εφαρμογή της τηλεπισκόπησης με drone για την αναγνώριση σχέσεων μεταξύ βασικών δεικτών υγείας του δάσους και τεσσάρων Δεικτών Βλάστησης προκειμένου να βελτιωθεί η διαχείριση της συντήρησης αστικών δασών. Αναδεικνύει σημαντικές περιοχές συντήρησης, περιλαμβάνοντας δέντρα υπερκείμενου στρώματος σε μέτρια έως σοβαρή παρακμή, κενά στο φύλλωμα, ανθρωπογενή απόρριψη αποβλήτων, κληματίδες που καλύπτουν το φύλλωμα και εισβολή από ξενικά φυτά. Οι τιμές του δείκτη βλάστησης από τις εικόνες των drone σχετίζονται σημαντικά με τις επιπτώσεις αυτών των οικολογικών προβλημάτων, καθώς και με μετρήσεις σύνθεσης και ισορροπίας του δάσους.
Εισαγωγή
Εισαγωγικά στη μελέτη επισημαίνεται η σημασία των πράσινων χώρων στις πόλεις για το οικοσύστημα και τις κοινωνικές λειτουργίες. Εξηγούνται οι προκλήσεις της διαχείρισης των αστικών δασών και την ανάγκη για αποτελεσματικές και οικονομικές μεθόδους αξιολόγησης της κατάστασής τους. Η τηλεπισκόπηση με drone παρέχει μια υποσχόμενη λύση, σε σχέση ,ε την παραδοσιακή τηλεπισκόπηση . Αναλύει επίσης τη χρήση των δεικτών βλάστησης στην αξιολόγηση της υγείας της βλάστησης και περιγράφει προηγούμενες μελέτες που έχουν εφαρμόσει την τεχνολογία των drones σε παρόμοιες εφαρμογές.
Μεθοδολογία
Η μελέτη λαμβάνει χώρα στο Sharp’s Ridge, στο Knoxville του Tennessee, το οποίο είναι ένα από τα ψηλότερα σημεία στην περιοχή του Knox County. Περιτριγυρισμένο από αστικό τοπίο, διαθέτει ένα υψόμετρο 424 μέτρων και περιέχει πάνω από 80 εκτάρια δάσους. H πλαγιά με το νότιο προσανατολισμό είναι πάρκο με περιοχές για πικνίκ, ποδηλασία βουνού και πεζοπορία. Σε άλλα τμήματα της πλαγιάς υπάρχουν ιδιωτικά οικόπεδα με εγκαταστάσεις επικοινωνίας. Επίσης, η περιοχή αναγνωρίζεται ως σημείο στάσης για μεταναστευτικά πτηνά και ως σημαντικό οικοσύστημα για την τοπική πτηνοπανίδα. Σχετικά με τις μεθοδολογίες μετρήσεων στο έδαφος για την αξιολόγηση της σύνθεσης και κατάστασης του αστικού δάσους επιλέχθηκαν 12 κυκλικές δειγματοληπτικές περιοχές στον χώρο μελέτης και συλλέχθηκαν δεδομένα για διάφορες οικολογικές μεταβλητές ακολουθώντας τα πρωτόκολλα της Natural Areas Conservancy. Η συλλογή δεδομένων περιελάμβανε την ταυτοποίηση όλων των ξύλινων, αναρριχητικών και βοτανικών ειδών, καθώς και την καταγραφή δεικτών ποικιλότητας, πλούτου και ισορροπίας των ειδών σε κάθε περιοχή. Επίσης, αξιολογήθηκε η κατάσταση του δάσους με βάση μετρήσεις της βλάστησης στο ανώτερο και μεσαίο στρώμα, καθώς και την εκτίμηση των επιπτώσεων από εισβολικά είδη και άλλες ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Στη διαδικασία και η μεθοδολογία των πτήσεων των drones και της επεξεργασίας των εικόνων που λήφθηκαν, χρησιμοποιήθηκε ένα ειδικό drone με κάμερα RGB και πολυφασματική κάμερα για τη συλλογή απομακρυσμένων δεδομένων. Οι πτήσεις πραγματοποιήθηκαν σε συγκεκριμένο υψόμετρο και με χρήση λογισμικού που ελέγχει το μοτίβο πτήσης και τη λήψη εικόνων. Στη συνέχεια, οι ληφθείσες εικόνες επεξεργάστηκαν και τα δεδομένα τους αξιολογήθηκαν χρησιμοποιώντας ειδικά εργαλεία και λογισμικά για να υπολογιστούν συγκεκριμένοι δείκτες βλάστησης. Όσον αφορά τις στατιστικές μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση των δεδομένων από τις μετρήσεις στο έδαφος και τις εικόνες των drones, γίνεται εστίαση στην εφαρμογή βηματικής παλινδρόμησης για να εξετάσει ποιοι δείκτες βλάστησης προέρχονται από τις εικόνες των drones και πώς αυτοί σχετίζονται με διάφορους δείκτες υγείας του δάσους. Οι αναλύσεις επικεντρώνονται στην εξερεύνηση των σχέσεων μεταξύ των δεδομένων αυτών, παρέχοντας ενδείξεις για τη σχέση ανάμεσα στην υγεία του δάσους και τα δεδομένα τηλεπισκόπησης.
Αποτελέσματα
Η ανάλυση των δεδομένων δείχνει ότι το Sharp’s Ridge φιλοξενεί πλούσια βιοποικιλότητα, με σημαντική παρουσία ντόπιων ειδών στον υπερκείμενο στρώμα. Υπάρχει μια ανισορροπία στην αναγέννηση κάποιων ειδών μεταξύ των διαφόρων στρωμάτων του δάσους. Επίσης, εντοπίζεται η παρουσία εισβολικών ειδών και η ανάγκη για διαχείριση. Η ανάλυση αποκαλύπτει επίσης προβλήματα όπως η μειωμένη κάλυψη του δάσους, η παρουσία εισβολικών φυτών και η ανάγκη για διαχείριση και αποκατάσταση σε ορισμένες περιοχές. Η δεύτερη στόχευση της μελέτης ήταν να εξετάσει τις σχέσεις μεταξύ κάθε δείκτη υγείας του δάσους και τεσσάρων διαφορετικών Δεικτών Βλάστησης (VIs). Χρησιμοποιήθηκαν μόνο οι τιμές ελάχιστης, μέγιστης και μέσης τιμής των VI ως παράγοντες στα μοντέλα βηματικής παλινδρόμησης, λόγω της χωρικής αυτοσυσχέτισης των ακραίων τιμών ανάκλασης των pixel. Οι αναλύσεις έδειξαν ότι όλοι οι 4 VIs ήταν σημαντικοί παράγοντες, αλλά μόνο οι μέγιστες και μέσες τιμές ήταν σημαντικές. Δεν βρέθηκε σημαντική σχέση μεταξύ των VIs και των μετρήσεων ποικιλότητας, πλούτου ειδών, σχετικής επιφανειακής περιοχής ντόπιων δέντρων υπερκείμενου στρώματος, και δεικτών βλάβης δέντρων, ξυλώδους ψιλής οργανικής ύλης, και τροποποίησης εδάφους. Στο κείμενο αναφέρεται ότι ο μεσαίος δείκτης NDRE είναι σημαντικός θετικός παράγοντας για την ποικιλότητα ειδών στο μεσαίο στρώμα του δάσους, καθώς μπορεί να ανιχνεύσει φυτική βλάστηση κάτω από το ανώτερο στρώμα των φύλλων. Το μέγιστο GRVI αποτελεί σημαντικό αρνητικό παράγοντα για την ισορροπία ειδών στο μεσαίο στρώμα, ανιχνεύοντας την φωτοσυνθετικά ενεργή βιομάζα στις κορυφές των δέντρων. Επίσης, το μέγιστο GNDVI έχει θετική σχέση με το ποσοστό υγιών δέντρων στο υπερκείμενο στρώμα, δείχνοντας την παρουσία άθικτης βλάστησης πλούσιας σε χλωροφύλλη. Το μεσαίο NDVI αναδείχθηκε ως θετικός παράγοντας για το ποσοστό των κενών στο δάσος, αντίθετα από τις αρχικές προσδοκίες. Αυτό μπορεί να οφείλεται στην αποκάλυψη πυκνότερης βλάστησης σε χαμηλότερα στρώματα από τα κενά. Ο χαμηλός μεσαίος NDRE σχετίζεται σημαντικά με την αύξηση της εισβολικής βλάστησης, υποδηλώνοντας μείωση της υγείας της ντόπιας βλάστησης. Επίσης, το μεσαίο NDVI εμφανίζει θετική σχέση με το ποσοστό των ανθρωπογενών εγκαταλείψεων, αντίθετα από τις αρχικές προσδοκίες, κάτι που απαιτεί περαιτέρω έρευνα.
Συζήτηση και συμπεράσματα
Η αποτελεσματική διαχείριση των αστικών πράσινων χώρων απαιτεί πλήρη οικολογική καταγραφή σε περιοχές με μεγάλο δυναμικό για διατήρηση, ώστε να θεσπιστεί μια βάση για μακροπρόθεσμη διαχείριση. Η μελέτη επιχειρεί να ερευνήσει τις σχέσεις μεταξύ της συλλογής δεδομένων επί του εδάφους και των δεικτών βλάστησης για να δοκιμάσει μια νέα εφαρμογή τηλεπισκόπησης με drone σε αστικό δάσος. Η παρούσα μελέτη περιγράφει τα πλεονεκτήματα και τους περιορισμούς της χρήσης τηλεπισκόπησης με drone για την αξιολόγηση αστικών δασών και προτείνει διάφορες ερευνητικές προσεγγίσεις για την επέκταση αυτών και άλλων εφαρμογών. Συμπερασματικά, η μελέτη του Sharp’s Ridge αντιμετώπισε προκλήσεις στις πτήσεις των drones λόγω της γεωγραφικής του θέσης και των φυσικών χαρακτηριστικών, όπως κοντινότητα σε αεροδρόμια, υψηλά δέντρα και απότομες πλαγιές. Η μελέτη διαπίστωσε σημαντικές σχέσεις μεταξύ των δεικτών βλάστησης από τις εικόνες των drones και διαφόρων οικολογικών δεικτών. Παρά τις περιορισμένες έρευνες, η μελέτη επισημαίνει την αξία της συνδυασμένης χρήσης τηλεπισκόπησης με drone και εδαφικής δειγματοληψίας για την αποτελεσματικότερη συλλογή δεδομένων στα αστικά δάση. Η χρήση drones με πολυφασματικούς αισθητήρες έχει το δυναμικό να επαναστατήσει τις αστικές πρακτικές διατήρησης μέσω της αυξημένης αποδοτικότητας, εξειδικευμένης παρακολούθησης και ανίχνευσης περιβαλλοντικών αλλαγών. Η συλλογή βασικών οικολογικών δεδομένων και η μακροπρόθεσμη παρακολούθηση είναι ουσιαστική, ενώ η συνδυαστική χρήση δειγματοληψίας επί του εδάφους και τηλεπισκόπησης με drone μπορεί να βελτιώσει τη διαχείριση διατήρησης. Το δάσος στο Sharp’s Ridge είναι κυρίως φυτεμένο με ντόπια είδη, αλλά υπάρχουν περιοχές που απαιτούν διαχείριση, όπως οι κενότητες στο φύλλωμα και η εισβολή ξενικών ειδών. Η μελέτη προτείνει μελλοντικές ερευνητικές κατευθύνσεις για την ανάπτυξη αυτών των εφαρμογών.
