Immagini di sistemi aerei senza pilota a livello del suolo abbinate a campionamento spazialmente bilanciato e ottimizzazione del percorso per monitorare la vegetazione dei pascoli

Michael F. Curran; Paddington Hodza; Samuel  E. Cox; Shawn  G. Lanning; Blair  L. Robertson; Timothy  J. Robinson; Peter  D. Stahl

doi:10.3791/61052

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Articolo metodologico

Immagini di sistemi aerei senza pilota a livello del suolo abbinate a campionamento spazialmente bilanciato e ottimizzazione del percorso per monitorare la vegetazione dei pascoli

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DOI:

10.3791/61052

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14 giugno 2020

Michael F. Curran¹^,²^,³ , Paddington Hodza⁴ , Samuel E. Cox⁵ , Shawn G. Lanning⁴ , Blair L. Robertson⁶ , Timothy J. Robinson⁷ , Peter D. Stahl¹^,²^,³

¹Wyoming Reclamation and Restoration Center, University of Wyoming, ²Department of Ecosystem Science and Management, University of Wyoming, ³Program in Ecology, University of Wyoming, ⁴Wyoming Geographic Information Science Center, University of Wyoming, ⁵Wyoming State Office, Bureau of Land Management, ⁶School of Mathematics and Statistics, University of Canterbury, ⁷Department of Statistics, University of Wyoming

In questo articolo

Sommario

Il protocollo presentato in questo documento utilizza l'ottimizzazione del percorso, il campionamento di accettazione bilanciato e le immagini del sistema aereo a livello del suolo e senza pilota (UAS) per monitorare in modo efficiente la vegetazione negli ecosistemi dei pascoli. Vengono confrontati i risultati delle immagini ottenute con i metodi a livello del suolo e UAS.

Abstract

Gli ecosistemi dei pascoli coprono 3,6 miliardi di ettari a livello globale, di cui 239 milioni di ettari situati negli Stati Uniti. Questi ecosistemi sono fondamentali per il mantenimento dei servizi ecosistemici globali. Il monitoraggio della vegetazione in questi ecosistemi è necessario per valutare la salute dei pascoli, per valutare l'idoneità dell'habitat per la fauna selvatica e il bestiame domestico, per combattere le erbacce invasive e per chiarire i cambiamenti ambientali temporali. Sebbene gli ecosistemi dei pascoli coprano vaste aree, le tecniche di monitoraggio tradizionali sono spesso dispendiose in termini di tempo e di costi, soggette a un'elevata distorsione dell'osservatore e spesso prive di informazioni spaziali adeguate. Il monitoraggio della vegetazione basato su immagini è più veloce, produce registrazioni permanenti (ad esempio, immagini), può comportare una riduzione della distorsione dell'osservatore e include intrinsecamente informazioni spaziali adeguate. I disegni di campionamento spazialmente bilanciati sono utili nel monitoraggio delle risorse naturali. Viene presentato un protocollo per l'implementazione di un progetto di campionamento spazialmente bilanciato noto come campionamento di accettazione bilanciato (BAS), con immagini acquisite da telecamere a livello del suolo e sistemi aerei senza pilota (UAS). Un algoritmo di ottimizzazione del percorso viene utilizzato per risolvere il "problema del commesso viaggiatore" (TSP) per aumentare l'efficienza in termini di tempo e costi. Mentre le immagini UAS possono essere acquisite 2-3 volte più velocemente rispetto alle immagini portatili, entrambi i tipi di immagini sono simili tra loro in termini di accuratezza e precisione. Infine, vengono discussi i pro e i contro di ciascun metodo e vengono forniti esempi di potenziali applicazioni di questi metodi in altri ecosistemi.

Introduzione

Gli ecosistemi dei pascoli comprendono vaste aree, che coprono 239 milioni di ettari negli Stati Uniti e 3,6 miliardi di ettari a livello globale¹. I pascoli forniscono una vasta gamma di servizi ecosistemici e la gestione dei pascoli comporta molteplici usi del suolo. Negli Stati Uniti occidentali, i pascoli forniscono habitat per la fauna selvatica, stoccaggio dell'acqua, sequestro del carbonio e foraggio per il bestiame domestico². I pascoli sono soggetti a vari disturbi, tra cui specie invasive, incendi, sviluppo di infrastrutture ed estrazione di risorse naturali (ad esempio, petrol....