Detekce a monitoring invazních druhů pomocí dálkového průzkumu
Jana Müllerová1 Josef Brůna1, Jan Pergl1, Petr Pyšek1 Petr Dvořák2 Luboš Kučera3, Tomáš Bartaloš3 1Botanický
ústav AV ČR, Průhonice 2Letecký ústav VUT Brno 3GISAT s.r.o. Praha
Bolševník velkolepý (Heracleum mantegazzianum Sommier et Levier)
Pyšek et al (2010): Hogweed story. ALARM Biodiversity Atlas.
Bolševníkové projekty v BÚ • Invaze bolševníku velkolepého (Heracleum mantegazzianum), význam prostorového a časového měřítka (GAAV 2008-2011, hl. řešitel J. Pergl) • Giant Hogweed (Heracleum mantegazzianum Somm. & Lev.) a pernicious invasive weed: Developing a sustainable strategy for alien invasive plant management in Europe (5. rámcový program EU 20022005, hl. řešitel P. Pyšek)
Cíle • testovat a vyhodnotit potenciál dálkového průzkumu různého původu (letecké i družicové snímky), spektrálního (panchromatické, multispektrální a barevné) a prostorového rozlišení (0,2 - 5 m) pro automatickou (semi-automatickou) detekci vybraných invazních druhů • popsat relativně rychlou, opakovatelnou a účinnou metodiku za využití automatické počítačové klasifikace, kterou by bylo možno použít pro monitoring invazí ve větším krajinném měřítku
Dostupná data DPZ: • • • • • • • •
1952 – 1:25 000, 22. 7, jen malá část území 1962 – 1:12 000, 25. 7 1973 – 1:27 000, 11. - 16. 8 1987 – 1:25 000, 21. - 23. 8, multispektrální 1991 – 1:13 400, 23. 7 1996 – 1:26 160, 10. 6, multispektrální 2006 – 1: 5 000, 18. 7, barevná ortofota 2010 – 5 m rozlišení, 8. 7, multispektrální satelitní snímky Rapid Eye
Postup zpracování leteckých snímků (objektově-orientovaná metoda) hrubá segmentace
hrubá klasifikace (spektrální hodnoty + vysoká heterogenita)
jemná segmentace
detailní mapování jednotlivých rostlin 0 50 100
200
300
400 Meters
Hrubá segmentace
Jemná segmentace
Výsledky klasifikace
Zpracovatelská přesnost
Uživatelská přesnost
C. Kappa
OBIA
88,95%
80,53%
0,70
konečná velikost plodů
OBIA
86,39%
68,87%
0,53
multispektrální
zralé plody
OBIA
36,55%
74,23%
0,57
1987
multispektrální
zralé plody
Max Like
68,53%
57,20%
0,29
1991
panchromatická
střed kvetení
OBIA
82,98%
82,39%
0,75
2006
barevné
střed kvetení
OBIA
67,26%
88,98%
0,83
2010
multispektrální
počátek kvetení
Max Like
64,50%
99,50%
0,41
Rok
Typ dat
Fenologická fáze
Zpracování
1962
panchromatická
střed kvetení
1973
panchromatická
1987
Invaze na krajinné úrovni 1962
1973
1991
2006
73
131,2
269.5
606.7
-
5,29
7,68
22,48
2006 1991 1973 Rychlost lineárního šíření (m.rok-11962 ) -
17,61
45,86
18,28
Invadovaná plocha (ha) Rychlost plošného šíření (ha.rok-1)
Invadovaná plocha (v ha)
Postup invaze 1200 1000 800 600 400 200 0 1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
Rok
0
1
2
4
6
8
10 km
Struktura krajiny
15 10 1973
5
2006 1973 fitted
0 200,00
2006 fitted
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
Úloha konektivity
Vhodná stanoviště (v ha)
15 Ln (Invadované plochy)
Ln (Invadovaná plocha)
Úloha dostupnosti vhodných stanovišť
1973
10
2006 1973 fitted
5
2006 fitted
0 35
40
45
50
55
60
Nearest Neighbor Observed Mean Distance
65
Nový projekt s využitím bezpilotních prostředků Detekce a monitoring invazních druhů s využitím bezpilotních leteckých prostředků (TAČR 2014 – 2017), www.invaznirostliny.cz BÚ AVČR, Letecký ústav VUT Brno, GISAT s.r.o. Praha
Sledované druhy
bolševník velkolepý
křídlatka česká, japonská a sachalinská
Heracleum mantegazzianum
Fallopia japonica, xbohemica, sachalinensis
pajasan žlaznatý
trnovník akát
Ailanthus altissima
Robinia pseudoacacia
Výhody bezpilotního systému: • cena • flexibilita
- optimální načasování sběru dat s ohledem na fenofázi rostliny - cílený monitoring zájmových lokalit (chráněná území, lokality NATURA 2000, stanoviště náchylná k invazi, kontrola po provedení zásahu...)
Plánované výstupy: • metodika mapování • bezpilotní systém • pilotní geoportál pro monitoring vybraných invazních druhů za použití dat DPZ • tématické mapy
První výskyt invazního druhu
Vzdálenost od dispersal foci Hustota koridorů
Rychlost šíření
Historie krajiny
Disturbance v krajině
PRŮBĚH INVAZE
Využití/opuštění půdy
Fragmentace – konektivita vhodných stanovišť
Dostupnost vhodných stanovišť
Pyšek, Cock, Nentwig, Ravn (eds.) (2007) – CAB International, Wallingford.
http://www.giant-alien.dk/
Doporučení pro management 1. Metody DPZ velmi účinné (příklad bolševníku), nutné snímky vyššího rozlišení 2. Důležitá fenologická fáze rostliny v době pořízení snímků 3. Role lineárních krajinných prvků – zaměřit zásahy (u vodních toků celé povodí od pramene k ústí) 4. Postupovat od okrajových malých populací po centrální rozsáhlé porosty 5. Nezbytné opakovat likvidaci do vyčerpání zásob klíčivých semen v půdě (bolš. min. 5 – 7 let) či vegetativních částí (křídlatka) 6. Následný monitoring je klíčový!
