Imagens do sistema aéreo não tripulado no nível do solo, juntamente com amostragem espacialmente equilibrada e otimização de rotas para monitorar a vegetação de pastagens

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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Artigo de método

Imagens do sistema aéreo não tripulado no nível do solo, juntamente com amostragem espacialmente equilibrada e otimização de rotas para monitorar a vegetação de pastagens

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DOI:

10.3791/61052

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14 de junho de 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

Neste artigo

Resumo

O protocolo apresentado neste artigo utiliza otimização de rota, amostragem de aceitação balanceada e imagens de sistemas de aeronaves não tripuladas (UAS) no nível do solo para monitorar com eficiência a vegetação em ecossistemas de pastagens. Os resultados das imagens obtidas dos métodos de nível do solo e UAS são comparados.

Resumo

Os ecossistemas de pastagens cobrem 3,6 bilhões de hectares em todo o mundo, com 239 milhões de hectares localizados nos Estados Unidos. Esses ecossistemas são essenciais para a manutenção dos serviços ecossistêmicos globais. O monitoramento da vegetação nesses ecossistemas é necessário para avaliar a saúde das pastagens, avaliar a adequação do habitat para a vida selvagem e o gado doméstico, combater ervas daninhas invasoras e elucidar mudanças ambientais temporais. Embora os ecossistemas de pastagens cubram vastas áreas, as técnicas tradicionais de monitoramento são muitas vezes demoradas e ineficientes, sujeitas a um alto viés de observação e muitas vezes carecem de informações espaciais adequadas. O monitoramento da vegetação baseado em imagens é mais rápido, produz registros permanentes (ou seja, imagens), pode resultar em viés reduzido do observador e inclui inerentemente informações espaciais adequadas. Desenhos amostrais espacialmente equilibrados são benéficos no monitoramento de recursos naturais. Um protocolo é apresentado para implementar um projeto de amostragem espacialmente balanceado conhecido como amostragem de aceitação balanceada (BAS), com imagens adquiridas de câmeras no nível do solo e sistemas aéreos não tripulados (UAS). Além disso, um algoritmo de otimização de rotas é usado para resolver o 'problema do vendedor ambulante' (TSP) para aumentar a eficiência de tempo e custo. Embora as imagens UAS possam ser adquiridas 2 a 3 vezes mais rápido do que as imagens portáteis, ambos os tipos de imagens são semelhantes entre si em termos de exatidão e precisão. Por fim, os prós e contras de cada método são discutidos e exemplos de aplicações potenciais para esses métodos em outros ecossistemas são fornecidos.

Introdução

Os ecossistemas de pastagens abrangem vastas áreas, cobrindo 239 milhões de hectares nos Estados Unidos e 3,6 bilhões de hectares globalmente¹. As pastagens fornecem uma ampla gama de serviços ecossistêmicos e o manejo das pastagens envolve vários usos da terra. No oeste dos EUA, as pastagens fornecem habitat para a vida selvagem, armazenamento de água, sequestro de carbono e forragem para o gado doméstico². As pastagens estão sujeitas a vários distúrbios, incluindo espécies invasoras, incêndios florestais, desenvolvimento de infraestrutura e extração de recursos naturais (por exemplo, p....