Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten.

Transkript

1 NOVEMBER 2013 NATURSTYRELSEN VESTJYLLAND, MILJØMINISTERIET Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten.

2

3 ADRESSE COWI A/S Parallelvej Kongens Lyngby TLF FAX WWW cowi.dk NOVEMBER 2013 NATURSTYRELSEN VESTJYLLAND, MILJØMINISTERIET Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten. PROJEKTNR. A DOKUMENTNR. 1 VERSION A UDGIVELSESDATO UDARBEJDET TKB/SRAN/RMSO KONTROLLERET BEME GODKENDT MSRA

4

5 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 5 INDHOLD 1 Baggrund 7 2 Formål 8 3 Metode Droneflyvning Felt registrering Clusteranalyse Vektorkonvertering 13 4 Kvalitetssikring Visuel kontrol Fuldstændighed analyse 14 5 Resultater Statistik 18 A Appendiks 1 21 B Appendiks 2 27

6

7 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 7 1 Baggrund Naturstyrelsen har med baggrund i udbudsbrev (august 2013), indhentet tilbud på opgaven med kortlægning af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede områder langs den jyske vestkyst. Naturstyrelsen har efterfølgende indgået aftale med COWI a/s om løsning af den udbudte opgave jf. "Miljøministeriets kontrakt vedrørende rådgivning og bistand: Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten". Kontrakten er indgået mellem Naturstyrelsen Vestjylland og COWI a/s og underskrevet i september 2013.

8 8 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 2 Formål Rynket rose (Rosa rugosa) er indført fra Østasien i slutningen af 1800-tallet og blev i løbet af midten af 1900-tallet anvendt i større målestok i kystnære områder som hegns- og prydplante. Herfra har den bredt sig ud i de tilstødende kystnære naturtyper. LIFE projektet REDCOHA (REstoration of Danish COastal HAbitats) indeholder, som et af formålene, dels at gennemføre en kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) og dels ud fra denne kortlægning at gennemføre en bekæmpelse. Rosa rugosa er en invasiv art hvis forekomst afstedkommer en række problemer i forhold til både naturtyper og forekomst og udbredelse af enkelt arter i de berørte naturtyper. Forekomsten af Rynket rose skal kortlægges indenfor et samlet område på ca ha, fordelt på et antal delområder. Delområderne er: Bulbjerg Hanstholm Reservatet Vangså Hede Ålvand Lyngby Klitheder Agger Tange Husby Klit Nymindestrømmen Projekt dokumenter/documentation/runket_rose_rapport.docx

9 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 9 Lyngbos Hede Kallesmærsk Hede Skallingen Langli Fanø

10 10 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 3 Metode Kortlægningen af Rynket rose forekomsterne gennemføres ved en clusteranalyse af ortofotos fra 2012 og 2013, suppleret med detaljerede højdedata fra På baggrund af resultater fra indledende clusteranalyser samt visuel observation i ortofotos, har det vist sig at ortofotos fra 2013 giver det bedste grundlag for identifikation af Rynket rose. Specielt arealer, der ligger tæt på kysten, har vist sig at være meget sanddækkede på ortofotos fra 2012, hvilket forringer muligheden for at identificere forekomster af Rynket rose. Indsamling af referencedata til kalibrering af clusteranalysen er sket ved manuel tolkning af luftfotos i meget høj opløsning, optaget med drone i september måned Der er indsamlet referencedata for ca. 10% af det samlede areal. 3.1 Droneflyvning Der er i september måned 2013 gennemført en systematisk overflyvning af 4 udvalgte referenceområder på sammenlagt ca ha (se Apendiks 1) med COWIs førerløse dronefly. Flyene er udstyret med farve digitale kameraer. På baggrund af de optagne luftfotos er der fremstillet ortofotos i 4 cm opløsning og med en nøjagtighed på ca. 50 cm. Disse ortofotos er så detaljerede, at det har været muligt at identificere og afgrænse forekomster af Rynket rose med meget stor sikkerhed ved visuel tolkning. Droneortofotos gennemgås systematisk, og synlige forekomster af Rynket rose registreres i referenceområderne. De udpegede forekomster anvendes som træningssæt for clusteranalysen, der danner grundlag for udpegning af forekomster af Rynket rose i ortofoto billederne. Ca. halvdelen af udpegningerne gemmes og anvendes til fuldstændigheds kontrol af de registreringer, der genereres ved clusteranalysen. Projekt dokumenter/documentation/runket_rose_rapport.docx

11 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten Felt registrering Som dokumentation og understøttelse for den visuelle tolkning af droneortofotos er der foretaget en feltregistrering af forekomster af Rynket rose i en del af hvert af referenceområderne. For de 3 områder Agger Tange, Husby Hede og Kallesmærsk Hede er der i forbindelse med droneflyvningen gennemført mindre registreringer af rose forekomster indenfor referenceområdet. Forekomster er markeret på medbragte papirkort og efterfølgende bragt på digital form. For Hanstholm Reservatet er der gennemført en detaljeret feltbiologisk registrering af Rynket rose i et større område, både indenfor referenceområdet i Reservatet, og udenfor referenceområdet, men indenfor delområdet, der skal registreres (Apendiks 2). Det udvalgte område blev gennemgået til fods og forekomster af Rynket rose blev indtegnet på forud printede kort med ortofoto som baggrund. Den anvendte metode er en modificeret dækningsgradsanalyse, hvor der udelukkende fokuceres på forekomst og udbredelse af Rynket rose. I forbindelse med analysen blev der samtidig gennemført en fotodomumentation af forekomster af Rynket rose på arealet. 3.3 Clusteranalyse Som udgangspunkt for kortlægningen af forekomster af Rynket rose anvendes en clustering algoritme (Iterative Self Organising Data Analysis Technique). Baseret på informationen i de 4 spektrale bånd adskiller metoden (cluster algoritmen) primært forskellige vegetationstyper baseret på deres refleksion af solens stråler. For at øge entydigheden og skelne imellem vegetation med samme spektrale signatur men forskellige morfologiske kendetegn, f.eks. busklignende eller krybende, inddrages variationer i overfladehøjden beregnet fotogrammetrisk udfra luftfotos optaget i Som reference og træningsdata for klassifikationsalgoritmen anvendes ovennævnte dronebilleder i 4 cm opløsning. Det var oprindelig planlagt at levere klassificerede data på basis af ortofotos fra både 2012 og 2013, men tidligt i processen kunne der konstateres meget store forskelle imellem forekomsterne af Rynket rose i disse to

12 12 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten år, hvor navnlig de meget kystnære forekomster i 2012 ofte fremstod nøgne eller var dækket af sand. Årsagen til disse forskelle kan ikke fastlægges klart, men eksempler er vist i nedenstående figur 1 og genfindes over store dele af de relevante, fortrinsvis sydlige, kystområder og vanskeliggør dermed en meningsfuld sammenhæng mellem referencedata fra 2013 og ortofoto fra Følgelig blev det i samråd med kunden besluttet at indskrænke analysen til det aktuelle ortofoto fra sommeren Figur1: Eksempler på forskelle i forekomster af Rynket Rose fra 2012 til Blå konturer angiver omfanget af forekomsterne fundet i dronebilleder fra Indsat er vist en anden forekomst i samme område hvor 2012/2013 observationerne stemmer godt overens. Træningsdata for algoritmen udpeges interaktivt baseret på kendte forekomster af Rynket rose og danner således grundlag for beregning af specifikke signaturer. Det skal bemærkes at disse referencedata ikke giver en komplet kortlægning af alle forekomster indenfor dækningsområdet, men at de områder som udpeges med meget stor sikkerhed er reelle forekomster af Rynket Rose. Konsekvensen af dette forhold er, at der kun kan konkluderes på omfanget af falsk negative resultater i den efterfølgende klassifikation, mens de falsk positive må estimeres kvalitativt. I forbindelse med træningen af klassifikationsalgoritmen lægges ca. halvdelen af referencedata til side således at de kan benyttes i en uafhængig verifikation af de opnåede resultater. Projekt dokumenter/documentation/runket_rose_rapport.docx

13 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 13 Der tages i forbindelse med træningen hensyn til dato for optagelsen af de tilgrundliggende luftfotos, således at signaturer for et givent træningsområde benyttes på områder med tilsvarende karakteristika i forhold til det benyttede kamera samt optagetidspunkt og dato. Træningen af klassifikationsalgoritmen følger en iterativ proces hvor fuldstændigheden af klassifikationen i forhold til træningsdata maximeres samtidig med at falsk positive forekomster søges reduceret. Der defineres således trin for trin velafgrænsede spektrale signaturer indtil der opnås en tilfredsstillende konsistens imellem de udpegede træningsområder og klassifikationsresultaterne. Afslutningsvis defineres klasser til udpegning af åbenlyst falsk positive forekomster imens det kontrolleres at tilføjelsen af disse "kontrasignaturer" ikke påvirker detektionen af de reelle forekomster af Rynket Rose. 3.4 Vektorkonvertering De resulterende klassificerede rasterdata vektoriseres og filtreres for at udelukke forekomster med et areal under metodens følsomhedstærskel. Som udgangspunkt vurderedes denne grænse at ligge ved ca. 4 m². Filtrering på objekthøjde, beregnet fotogrammetrisk baseret på luftfotos optaget i sommeren 2012, hjælper yderligere til at skelne imellem vegetation, som åbenlyst er for høj til at være Rynket rose og informationen er indlagt som attributter i det leverede datasæt. Objekthøjderne er primært behæftet med usikkerheder hidrørende fra estimering af terrænniveauet. På flader med let og lav vegetation ses typiske udsving indenfor +/- 0.5 m og der er således næppe dækning for at skelne imellem vegetationshøjder indenfor den første meter. For at sikre imod fejlagtig eliminering af reelle forekomster af Rynket rose er der anvendt en tærskelværdi på 1,35 m. Som sidste skridt i kvalitetssikringen er der foretaget en visuel screening til eliminering af åbenlyst fejlagtige klassifikationer. Disse ses mest karakteristisk i forbindelse med dyrket land hvor både den spektrale signatur og vegetationshøjden falder sammen med karakteristika for Rynket rose, men hvor den rumlige karakteristik er væsentlig forskellig.

14 14 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 4 Kvalitetssikring 4.1 Visuel kontrol Den visuelle kontrol fokuserer på fjernelsen af åbenlyse falsk positive forekomster af Rynket rose. Disse omfatter specifikt dyrkede arealer og golfbaner samt vådområder, hvor vegetationen med stor sikkerhed er domineret af tagrør og lignende. For alle andre områder, herunder i særdeleshed skovområder, foretages ingen fjernelse af klassificerede forekomster, omend det er klart at usikkerhederne i områder med mangfoldig vegetation er forholdsvis store. Den visuelle kontrol er gennemført i MapInfo ved at overlejre de vektoriserede klassificerede data på ortofoto (DDOBasic 2013). Ud fra de nævnte kriterier er falsk positive forekomster fjernet ved en manuel proces. 4.2 Fuldstændighed analyse Der er foretaget en analyse af de udpegninger fra hhv. drone og feltobservation der ikke blev benyttet som træningsarealer i forbindelse med klassifikationen (se ). Denne test giver et mål for falsk negativ klassifikation og forventes som udgangspunkt at være % Hverken drone udpegninger eller feltobservationerne er foretaget som fuldstændig udpegninger i et givent område. Det giver ikke mulighed for kvantitativt at analysere falske positive klassifikationer, som vi kun kan vurdere kvalitativt. Analysen er foretaget på baggrund af udpegninger i fire områder: Kallesmærsk Hede, Husby Klit, Agger Tange og Hanstholm Reservatet. Projekt dokumenter/documentation/runket_rose_rapport.docx

15 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 15 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 Forekomster Areal Figur 2: Andel af udpegede forekomster og areal, der er klassificeret korrekt. Figur 2 viser en varierende succes i de fire analyserede områder. Agger Tange og især Hanstholm reservatet skiller sig ud med markant dårligere succesrate end Kallesmærsk Hede og Husby Klit især på arealet. Årsagerne til dette kan være flere: Et af dem er fototidspunktet. Kallesmærsk Hede og Husby Klit er fotograferet juli, mens Agger Tange og Hanstholm Reservatet er fotograferet 30. maj til 4. juni. Figur 3: Eksempel på klassificeret areal i Husby Klit med veldefineret spektral signatur

16 16 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten Figur 4: Eksempel på dårligt spektral signatur som følge af fototidspunkt på Agger Tange. Klassificeret areal (rød) og udregning (blå). Billedkvaliteten varierer i Hanstholm Reservatet. I den sydligste del af området med udpegninger er ortofotoet generelt lysere. Dette vanskeliggør klassifikationen af Rynket rose spektralt, Det klassificerede areal er markant mindre end det udpegede. Denne variation ses generelt i Thy. Det er derfor nødvendigt at introducere en korrektionsfaktor gældende for dette område til at kompensere for dette forhold. Den er udregnet helt simpelt som forholdet mellem succes på forekomster og succes på areal. Figur 5: Det klassificerede område (rød) er mindre end det udpejede (grøn). Hanstholm Reservatet. Vi har også foretaget en analyse af falsk negativ i forhold til størrelsen af de enkelte udpegninger. Altså hvor stor skal en forekomst være for at vi kan klassificere den med sikkerhed. Projekt dokumenter/documentation/runket_rose_rapport.docx

17 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 17 1,00 0,75 0,50 0,25 0,00 Agger Tange Hanstholm Reservatet Husby Klit Kallesmærsk Hede Figur 6: Succesrate i klassifikationen som funktion af udpegningens størrelse. Figur 6 viser at vi finder mindre end en femtedel af de små forekomster under 4 m² og kun omkring halvdelen af forekomsterne mellem 4 m² og 10 m². Over 10 m² er succesraten omring 90 % eller mere. Hanstholm Klitplantage skiller sig her ud, idet kun lidt under halvdelen af forekomsterne m² bliver fundet. Igen er årsagen som ovenfor nævnt et svagere spektralt signal. Visse typer vegetation lader sig vanskeligt skelne fra rynket rose alene på baggrund af den spektrale signatur. Tagrør, dværgbirk, dyrkede arealer og skovområder kan spektalt ligne Rynket rose. En stor del af disse er blevet fjernet ved en filtrering på højden, men ikke alle. Det er dog ikke muligt at vurdere omfanget at falsk positiv på baggrund af det for hånden værende data. Vi har fundet at problemet med falske positive klassifikationer især fremtræder i større omfang på Agger Tange og Fanø. Af hensyn til metodens reproducerbarhed og at det rent visuelt er vanskeligt at skelne vegetation på ortofotoet har vi valgt ikke at fjerne disse manuelt. Efterfølgende kontrol i felten vil være nødvendig for at kunne kvantificere omfanget af falske positive klassifikationer.

18 18 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 5 Resultater 5.1 Statistik Af hensyn til fjernelse af støj og da analysen i kapitel 4.2 viste at metoden vanskeligt finder de små forekomster har vi arbitrært sat en grænse på 2,5 m² som mindstestørrelse af en klassificeret forekomst. Ligeledes har vi valgt at fjerne alle klassificerede arealer, hvor gennemsnitshøjden over terræn er mere end 1,35 m for at fjerne anden højere vegetation, der spektralt ligner Rynket rose. Denne grænse er testet iht. udpegningerne, hvor det er kontrolleret at ingen udpegninger overstiger denne højde. Resultatet af klassifikationerne kan ses i nedenstående tabel 1. Område Forekomster Areal i ha (korrigeret) Fanø ,15 Langli 164 0,14 Skallingen 14 0,009 Kallesmærsk Hede 299 1,62 Nymindegab ,34 Husby syd 394 2,64 Husby nord 87 0,31 Agger Tange ,35 Lyngby ,69 Projekt dokumenter/documentation/runket_rose_rapport.docx

19 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 19 Ålvand ,77 Vangså 333 1,60 Hanstholm ,15 Bulbjerg 551 0,75 TOTAL ,5 Tabel 1: Resultater af klassifikation for delområder. Samlet er 43,5 ha klassificeret som værende Rynket rose. Ud af et areal på totalt ha svarer det til at Rynket rose er klassificeret til at dække 0,4 % af arealet.

20 20 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten Projekt dokumenter/documentation/runket_rose_rapport.docx

21 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 21 A Appendiks 1 Der er gennemført flyvning med drone på 4 lokaliteter. I alt er et areal på ca km2 gennemfløjet. De 4 lokaliteter er: Hanstholm Reservatet Agger Tange Husby Klit Kallesmærsk Hede

23 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 23

25 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 25

27 Kortlægning af forekomsten af Rynket rose (Rosa rugosa) indenfor en række specificerede naturområder langs Vestkysten 27 B Appendiks 2 Dækningsområde for feltbiologisk registrering: Hanstholm Reservatet