Les écosystèmes des pâturages englobent de vastes superficies, couvrant 239 millions d’hectares aux États-Unis et 3,6 milliards d’hectares dans le monde1. Les parcours fournissent un large éventail de services écosystémiques et la gestion des parcours implique de multiples utilisations des terres. Dans l’ouest des États-Unis, les pâturages fournissent un habitat à la faune, au stockage de l’eau, à la séquestration du carbone et au fourrage pour le bétail domestique2. Les parcours naturels sont soumis à diverses perturbations, notamment des espèces envahissantes, des feux de forêt, le développement d’infrastructures et l’extraction de ressources naturelles (p. ex. pétrole, gaz et charbon)3. La surveillance de la végétation est essentielle au maintien de la gestion des ressources dans les pâturages et d’autres écosystèmes du mondeentier 4,5,6. La surveillance de la végétation dans les parcours naturels est souvent utilisée pour évaluer la santé des parcours, la qualité de l’habitat pour les espèces sauvages et pour cataloguer les changements dans les paysages dus aux espèces envahissantes, aux feux de forêt et à l’extraction des ressources naturelles 7,8,9,10. Bien que les objectifs de programmes de surveillance spécifiques puissent varier, des programmes de surveillance qui répondent aux besoins de plusieurs intervenants tout en étant statistiquement fiables, reproductibles et économiques sont souhaités 5,7,11. Bien que les gestionnaires des terres reconnaissent l’importance de la surveillance, celle-ci est souvent considérée comme non scientifique, non économique et lourde5.
Traditionnellement, la surveillance des parcours a été effectuée à l’aide de diverses méthodes, notamment l’estimation oculaire ou visuelle10, les cadres de Daubenmire12, la cartographie de parcelle13 et l’interception de points linéaires le long des transects de végétation14. Bien que l’estimation oculaire ou visuelle soit efficace en termes de temps, elle est sujette à un biais d’observateur élevé15. D’autres méthodes traditionnelles, bien qu’elles soient également sujettes à un biais élevé de l’observateur, sont souvent inefficaces en raison de leur temps et de leur coût 6,15,16,17. Le temps nécessaire à la mise en œuvre d’un grand nombre de ces méthodes traditionnelles est souvent trop lourd, ce qui rend difficile l’obtention de tailles d’échantillon statistiquement valides, ce qui entraîne des estimations de population peu fiables. Ces méthodes sont souvent appliquées pour des raisons de commodité plutôt que de manière stochastique, les observateurs choisissant l’endroit où ils collectent les données. De plus, les emplacements des échantillons rapportés et réels diffèrent fréquemment, ce qui crée de la confusion pour les gestionnaires des terres et les autres parties prenantes qui dépendent des données de surveillance de la végétation18. Des recherches récentes ont démontré que la surveillance de la végétation basée sur l’image est efficace en termes de temps et de coûts 6,19,20. L’augmentation de la quantité de données pouvant être échantillonnées dans une zone donnée en peu de temps devrait améliorer la fiabilité statistique des données par rapport aux techniques traditionnelles plus chronophages. Les images sont des enregistrements permanents qui peuvent être analysés par plusieurs observateurs après la collecte des données de terrain6. De plus, de nombreux appareils photo sont équipés de systèmes de positionnement global (GPS), de sorte que les images peuvent être géolocalisées avec un emplacement de collecte18,20. L’utilisation de points d’échantillonnage générés par ordinateur, situés avec précision sur le terrain, devrait réduire le biais de l’observateur, que l’image soit acquise avec une caméra portative ou par un système aérien sans pilote, car elle réduit la propension d’un observateur individuel à utiliser son opinion sur l’endroit où les emplacements des échantillons devraient être placés.
En plus d’être longue, coûteuse et sujette à un biais élevé de l’observateur, la surveillance traditionnelle des ressources naturelles ne parvient souvent pas à caractériser correctement les parcours hétérogènes en raison de la faible taille de l’échantillon et des lieux d’échantillonnage concentrés21. Les plans d’échantillonnage spatialement équilibrés répartissent les emplacements d’échantillonnage plus uniformément dans une zone d’intérêt afin de mieux caractériser les ressources naturelles 21,22,23,24. Ces plans peuvent réduire les coûts d’échantillonnage, car des échantillons de plus petite taille sont nécessaires pour obtenir une précision statistique par rapport à l’échantillonnage aléatoire simple25.
Dans cette méthode, un plan d’échantillonnage spatialement équilibré connu sous le nom d’échantillonnage à acceptation équilibrée (BAS)22,24 est combiné à une surveillance basée sur l’image pour évaluer la végétation des parcours. Les points BAS sont répartis de manière optimale sur la zone d’intérêt26. Cependant, cela ne garantit pas que les points seront commandés dans un itinéraire optimal pour la visite20. Par conséquent, les points BAS sont disposés à l’aide d’un algorithme d’optimisation d’itinéraire qui résout le problème du voyageur de commerce (TSP)27. La visite des points dans cet ordre détermine un chemin optimal (c’est-à-dire la distance minimale) reliant les points. Les points BAS sont transférés dans un logiciel de système d’information géographique (SIG), puis dans une unité de collecte de données portable équipée d’un GPS. Une fois les points BAS localisés, les images sont prises à l’aide d’une caméra équipée d’un GPS ainsi que d’un système aérien sans pilote exploité à l’aide d’un logiciel de vol. Une fois sur le terrain, un technicien se rend à chaque point pour acquérir des images de caméra monopode de1 m 2 avec une distance d’échantillonnage au sol (GSD) de 0,3 mm à chaque point BAS, tandis qu’un UAS vole vers les mêmes points et acquiert des images GSD de 2,4 mm. Par la suite, les données sur la couverture végétale sont générées à l’aide de « SamplePoint »28 pour classer manuellement 36 points/image. Les données sur la couverture végétale générées à partir de l’analyse des images au sol et des drones sont comparées, ainsi que les temps d’acquisition rapportés pour chaque méthode. Dans l’étude représentative, deux parcelles de parcours adjacentes de 10 acres ont été utilisées. Enfin, d’autres applications de cette méthode et la façon dont elle peut être modifiée pour de futurs projets ou des projets dans d’autres écosystèmes sont discutées.