Detekce a monitoring invazních druhů pomocí dálkového průzkumu Jana Müllerová 1 Josef Brůna 1, Jan Pergl 1, Petr Pyšek 1 Petr Dvořák 2 Luboš Kučera 3, Tomáš Bartaloš 3 1 Botanický ústav AV ČR, Průhonice 2 Letecký ústav VUT Brno 3 GISAT 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 2002-2005, 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 maláčást 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 Rok Typ dat Fenologická fáze Zpracování Zpracovatelská přesnost Uživatelská přesnost C. Kappa 1962 panchromatická střed kvetení OBIA 88,95% 80,53% 0,70 1973 panchromatická konečná velikost plodů OBIA 86,39% 68,87% 0,53 1987 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
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 Úloha dostupnosti vhodných stanovišť Ln (Invadovaná plocha) 15 10 5 0 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 800,00 Vhodná stanoviště (v ha) 1973 2006 1973 fitted 2006 fitted Úloha konektivity 15 Ln (Invadované plochy) 10 5 0 35 40 45 50 55 60 65 1973 2006 1973 fitted 2006 fitted Nearest Neighbor Observed Mean Distance
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 Heracleum mantegazzianum křídlatka česká, japonská a sachalinská Fallopia japonica, xbohemica, sachalinensis
pajasan žlaznatý Ailanthus altissima trnovník akát 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 Rychlost šíření Historie krajiny PRŮBĚH INVAZE Hustota koridorů Fragmentace konektivita vhodných stanovišť Disturbance v krajině Využití/opuštění půdy 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!