Drone-baseret remote sensing af arktisk vegetation Jysk Naturhistorisk Forenings Temadag Spirende biologer Bjarke Madsen Aarhus Universitet bjarke.madsen@bios.au.dk Foto: Sigrid Schøler Nielsen 12-11-2016 1
Baggrund Klimaforandringer påvirker vegetationen Greening Ændring i primærproduktion Ændring i energibalancen Ændring i artssammensætning Browning
Baggrund Kortlægning og overvågning Oprettelse af baseline Standardisering af metoder Stor nøjagtighed efter skala
Remote sensing Satellitter, fly og droner Remote sensing data er afhængig af: Platforme Sensorer Overvejelse af muligheder og behov inden studiet påbegyndes
Remote sensing Rumlig opløsning Areal (på jorden) dækket af en enkelt måling/observation ofte pixel størrelse når vi taler billeder Droners flyvehøjde muliggør en ultrahøj opløsning (små pixels) Flere detaljer bliver synlige Relativt stort areal dækkes
Remote sensing Rumlig opløsning Areal (på jorden) dækket af en enkelt måling/observation ofte pixel størrelse når vi taler billeder Droners flyvehøjde muliggør en ultrahøj opløsning (små pixels) Flere detaljer bliver synlige Relativt stort areal dækkes HØJ LAV
Remote sensing Tidsmæssig opløsning Tiden imellem to målinger fra samme lokalitet Droner er en relativ fleksibel platform høj opløsning Målinger kan udføres på hvilket som helst tidspunkt Overvågning kræver >1 målinger
Vegetationsgenkendelse Vegetationsgenkendelse Sensorer med forskellige formål Simple/avancerede Vegetationens udseende Spektral Strukturel Alm. Digital kamera Multispectral LiDAR Hyperspectral
Droner i felten Drone-system Drone Differential GPS 10x GCP s + Groundtruth Multispektral Sensor LiPo Batteri Felt-laptop Colorchecker Lyskalibrering Transportable solpaneler
Droner i felten Drone-system Drone Differential GPS 10x GCP s + Groundtruth Multispektral Sensor LiPo Batteri Felt-laptop Colorchecker Lyskalibrering Transportable solpaneler
Droner i felten Drone-system Drone Differential GPS 10x GCP s + Groundtruth Multispektral Sensor LiPo Batteri Felt-laptop Colorchecker Lyskalibrering Transportable solpaneler
Droner i felten Drone-system Drone Differential GPS 10x GCP s + Groundtruth Multispektral Sensor LiPo Batteri Felt-laptop Colorchecker Lyskalibrering Transportable solpaneler
Droner i felten Drone-system Drone Differential GPS 10x GCP s + Groundtruth Multispektral Sensor LiPo Batteri Felt-laptop Colorchecker Lyskalibrering Transportable solpaneler
Kortlægning af arktiske buske Arktiske buske Loiseleuria procumbens Ledum palustre Salix glauca Harrimanella hypnoides Betula nana Empetrum nigrum Vaccinium uliginosum
Kortlægning af arktiske buske Klassifikation Random forest 40 m 80 m
Kortlægning af arktiske buske Klassifikation Random forest 40 m 80 m
Kortlægning af arktiske buske Klassifikation Random forest 40 m 80 m
Kortlægning af arktiske buske Klassifikation Samlede resultater 20 grønlandske prøvefelter langs polarcirklen 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Arealdække pr. felt Shrub Non-shrub Ground
Kortlægning af arktiske buske Analyse Multivariat regressionsmodel der forklarer Shrub cover Drone-, satellit- og felt-baserede data Vegetations-, makroklimatiske og mikrotopografiske variable Estimat SE t P (Intercept) -0.6305 0.3181-1.982 0.0661. Mean Drone NDVI 1.1516 0.1131 10.181 < 0.0001 *** Solindstråling Manual 0.0707 0.0463 1.528 0.1474 Temp. i varmeste periode 0.0042 0.0026 1.627 0.1245 Nedbør i varmeste periode 0.0018 0.0013 1.407 0.1799 SE(Res.) 0.0737 DF 15 Adj. R 2 0.91 p < 0.0001 ***
Opsummering Potentialet er stort i sig selv pga.: Ultrahøj spatial opløsning = fin skala Høj temporal opløsning Fleksibilitet og variation af sensorer Potentialet er sandsynligvis endnu større i kombination med: Satellitter, fly og feltstudier
Take-home Take-home Ny tilføjelse til remote sensing værktøjskassen Ikke en erstatning for traditionelle metoder, men et supplement der kan øge detaljegraden Anvendt litteratur Toth, C., Józków, G. Remote sensing platforms and sensors: A survey. (2015) Micasense Inc., MicaSense RedEdge TM 3 Multispectral Camera User Manual (2015) Cunliffe, A. M., Brazier, R. E.,Anderson, K. Ultra-fine grain landscape-scale quantification of dryland vegetation structure with drone-acquired structure-frommotion photogrammetry. (2016) Foto: Sigrid Schøler Nielsen
Tak Signe Normand Urs Treier Samira Kolyaie Sigrid Nielsen Anne Blach-Overgaard Damien Georges Margrete Aakjær Christiansen Thea Kristensen Foto: Urs Treier