Description
Description (EN): Across the northern hemisphere, bark beetle damage is a massive economic problem. Until an infestation becomes visible, the new generation of beetles is already flying out, which entails a high risk of mass multiplication. The consequences of mass multiplication are clearly comprehensible in the high altitudes of the Bavarian Forest and Sumava National Parks. An early detection of the infestation is currently only possible with a difficult terrestrial inspection. Numerous investigations confirm the urgent need for an effective procedure for bark beetle guidance detection.
Most previous studies with remote sensing methods fail:
— insufficient terrestrial reference data.
— a lack of time availability of spectrally high-resolution data and.
— on too small scales with the problem of mixing pixels.
This project develops a method for detecting bark beetle at an early stage using unmanned aeronautical systems (UAS = drones). Current remote sensing sensors are to be used.
Upscaling tests analyse the scale at which early bark beetle detection is possible. This is the basis for using the procedure for a practical application on a flying platform with the greatest possible area performance.
For the development of the method, different examination areas are selected in both national parks in order to be able to take into account the greatest possible variability of the occurring characteristics. By studying in the national parks, it is possible to consider a complete infestation development throughout and without human intervention.
The course of the bark beetle infestation is recorded with large-scale data (high geometric resolution), over a wide range of the electromagnetic spectrum (with high spectral resolution) and very often (with high temporal resolution). The data is intensively investigated using remote sensing methods. As a result, a workflow for a drone-based bark beetle detection is shown. This includes information on the required flight times and scales, the spectral ranges (sensors) to be taken into account and their spectral resolution, as well as the type of data analysis.
With this project, suitable datasets about different stages of bark beetle infestation in the national parks are collected. The datasets essentially serve to develop methods for the early detection of bark beetles and are made freely available to the public. They can be used for further research and development work. The method developed will be made known through publication and a workshop.
Read more Description (CS): Na celé severní polokouli představují škody způsobené lýkožroutem smrkovým rozsáhlý ekonomický problém. Dříve než se viditelně projeví napadení lýkožroutem smrkovým, dochází již k vytvoření nové generace a vysokému riziku gradace šíření. Následky takové gradace šíření jsou snadno pochopitelné z aktuální situace ve vyšších nadmořských výškách národních parků Bavorský les a Šumava. Včasná detekce napadení lýkožroutem smrkovým je v současnosti možná jen za pomoci nákladných a náročných pozemních pozorování. Různá šetření potvrzují naléhavou potřebu pro nalezení efektivní metody pro včasnou detekci přemnožení lýkožrouta smrkového.
Nejvíce předchozích řešení dané problematiky za pomoci metod dálkové snímání Země bylo neúspěšných díky:
- Nedostatečnému množství pozemních referenčních dat.
- Nedostatku dat s vysokým rozlišením v daném čase.
- Malým měřítkům dat a problému smíšených pixelů.
V tomto projektu bude vyvinuta metodologie pro včasnou detekci stromů napadených lýkožroutem za pomoci bezpilotních leteckých systémů (UAS = drony). Díky tomu budou použity současné sensory z oblasti dálkového průzkumu Země. Testováním dat různých měřítek (metoda „upscalingu“) bude analyzováno měřítko dat, ve kterém je ještě možné detekovat dopady šíření lýkožrouta smrkového. To bude základem praktického použití vyvinutých metod na co největším možném území za pomoci leteckých prostředků. Pro vývoj metodiky jsou vybrány různé studijní plochy ve dvou národních parcích tak, aby bylo možné uvažovat maximální možnou variabilitu podmínek výskytu lýkožrouta smrkového. Výzkumem problematiky na území národních parků je možné zahrnout důsledně celý vývoj napadení lýkožroutem smrkovým bez lidského zásahu.
Vývoj napadení lýkožroutem smrkovým a jeho jednotlivé fáze budou zachyceny pomocí dat velkého měřítka (vysoké prostorové rozlišení) s širokým rozsahem elektromagnetického spektra (vysoké spektrální rozlišení) a velmi často (vysoké časové rozlišení).
Pořízená data budou intenzivně zkoumána pomocí metod dálkového průzkumu Země. Výsledně bude demonstrován pracovní postup pro včasnou detekci napadení lýkožroutem smrkovým pomocí bezpilotních leteckých prostředků. To vyžaduje také brát v úvahu informace o požadovaném čase a měřítku snímků, spektrálním rozsahu (senzorech), spektrálním rozlišení a způsobu vyhodnocení dat. V rámci projektu budou v národních parcích pořízena příslušná data vázaná na jednotlivé fáze napadení lýkožroutem smrkovým. Data jsou primárně použita pro vývoj metodiky pro včasnou detekci napadení lýkožroutem smrkovým a budou volně přístupná veřejnosti. Mohou být použitá pro následný výzkum a vývoj. Vyvinutá metodika bude zveřejněna formou publikace a veřejného workshopu.
Read more Description (DE): Auf der gesamten nördlichen Hemisphäre stellen Borkenkäferschäden ein massives wirtschaftliches Problem dar. Bis ein Befall sichtbar wird, ist bereits die neue Käfergeneration am Ausfliegen, was ein hohes Risiko einer Massenvermehrung mit sich bringt. Die Konsequenzen einer Massenvermehrung sind in den Hochlagen der Nationalparke Bayerischer Wald und Sumava anschaulich nachvollziehbar. Eine Früherkennung des Befalls ist aktuell nur mit einer schwierigen terrestrischen Begehung möglich. Vielfältige Untersuchungen bestätigen den dringlichen Bedarf nach einem effektiven Verfahren zur Borkenkäferführerkennung.
Die meisten bisherigen Untersuchungen mit Methoden der Fernerkundung scheitern an:
- ungenügenden terrestrischen Referenzdaten.
- einer mangelnden zeitlichen Verfügbarkeit von spektral hochaufgelösten Daten und.
- an zu kleinen Maßstäben mit der Problematik von Mischpixeln.
Im vorliegenden Projekt wird eine Methode entwickelt, womit der Borkenkäferbefall unter Verwendung unbemannter Luftfahrtsysteme (UAS = Drohnen) frühzeitig erkannt werden kann. Dabei soll aktuelle Fernerkundungssensorik zum Einsatz kommen.
Durch Upscaling-Tests wird der Maßstab, bei dem eine Borkenkäferfrüherkennung möglich ist, analysiert. Dies ist die Grundlage, um das Verfahren für eine Praxisanwendung auf einer fliegenden Plattform mit möglichst großer Flächenleistung zum Einsatz zu bringen.
Für die Entwicklung der Methode werden unterschiedliche Untersuchungsflächen in beiden Nationalparks ausgewählt, um eine möglichst große Variabilität der auftretenden Ausprägungen berücksichtigen zu können. Durch die Untersuchung in den Nationalparken ist es möglich, eine komplette Befallsentwicklung durchgängig und ohne Intervention durch den Menschen zu berücksichtigen.
Der Verlauf des Borkenkäferbefalls wird mit Daten im großen Maßstab (hohe geometrische Auflösung), über einen weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums (mit hoher spektraler Auflösung) und sehr häufig (mit hoher zeitlicher Auflösung) erfasst. Die Daten werden mit Fernerkundungsmethoden intensiv untersucht. Im Ergebnis wird ein Arbeitsablauf für eine drohnenbasierte Borkenkäferfrüherkennung aufgezeigt. Dazu gehören Informationen zu erforderlichen Befliegungszeitpunkten und -maßstäben, über die zu berücksichtigenden Spektralbereiche (Sensoren) und deren spektrale Auflösung sowie über die Art der Datenauswertung.
Mit diesem Projekt werden geeignete Datensätze über verschiedene Stadien des Borkenkäferbefalls in den Nationalparks erhoben. Die Datensätze dienen im Wesentlichen der Methodenentwicklung zur Borkenkäferfrüherkennung und werden der Öffentlichkeit frei zur Verfügung gestellt. Sie können für weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten dienen. Die entwickelte Methode wird durch Veröffentlichung und einen Workshop bekannt gemacht.
Read more
Website: http://www.by-cz.eu
Expected Results (CS): Podíl organizačních jednotek zapojených do společných činností v oblasti výzkumu a inovací
Expected Results (DE): Anteil von Organisationseinheiten, die in gemeinsame F&I-Tätigkeiten eingebunden sind
Expected Outputs (CS): Z hlediska provozuschopnosti:
a) doložení použitelnosti nejnovějších sensorů používaných v dálkovém průzkumu Země s různou šířkou spektrálních kanálů a rozdílným prostorovým rozlišením na malých bezpilotních prostředcích (UAS)
b) doložení možností snímání rozsáhlého území sensory s vysokým prostorovým rozlišením v kombinaci s UAS
c) doložení možností jak pořizovat data pomocí sensorů s vysokým časovým rozlišením v kombinaci s UAS
d) ověření potenciálu systému UAS s pevným křídlem (VTOL) pro pořizování dat ve ztížených lesních podmínkách
Z hlediska včasné detekce šíření lýkožrouta smrkového:
a) evidence proveditelnosti pro přesnou pozemní detekci a pro monitoring vývoje šíření lýkožrouta smrkového za pomoci dat z feromonových pastí, teplotních čidel a pravidelné pořizování referenčních dat
b) definice prahových hodnot pro různé spektrální kanály a spektrální signatury v korelaci s šířením lýkožrouta smrkového v jeho rané fázi
c) kontrola vegetačních indexů, poměrů, pseudobarevných kompozitů z analýzy hlavních komponent a ostatních odvozených spektrálních informací založených na korelaci s projevy napadení lýkožroutem smrkovým v jeho počáteční fázi
d) testování možnosti zlepšení vhodného maskování obrazu pro klasifikaci pomocí “masking” na základě objektově orientované klasifikace nebo 3D struktuře objektů založené na LIDARu
e) verifikace rozdílných způsobů klasifikace a klasifikátorů v rámci korelace s šířením lýkožrouta smrkového v jeho raném stádiu
f) testování zlepšení výsledků pomocí kombinace sensorů (“sensor fusion”)
g) zkoumání vhodné úrovně měřítka pro studované účely (“upscaling”).
Poznámka k výsledným indikátorům:
Tento projekt můžeme charakterizovat jako mimořádné interdisciplinární. Znalosti obou partnerů z různých fakult je nutné propojit v integrální síť zahrnující jejich rozdílnou oblast výzkumu a odbornou komunitu. Vzhledem k integraci projektu v rámci národních parků budou partneři take začleněny do rozsáhlé sítě aplikovaně orientovaného výzkumu.
Read more Expected Outputs (DE): Operability:
(a) Nachweis der Nutzbarkeit moderner Fernerkundungssensoren mit unterschiedlichen Spektralbereichen und spektraler Auflösung auf UAS
(b) Nachweis der Möglichkeit zur Erstellung großmaßstäbiger, geometrisch hoch aufgelöster Daten unter Verwendung von UAS
(c) Nachweis der Möglichkeit zur Erstellung zeitlich hochaufgelöster und kurzfristiger hochwertiger Daten unter Verwendung von UAS
(d) Überprüfung des Potentials von UAS in VTOL - Starrflügler - Konfigurationen zur Datenerfassung unter erschwerten Bedingungen im Wald.
Borkenkäferfrüherkennung:
(a) Nachweis zur Umsetzung einer präzisen terrestrischen Detektion und eines Monitorings zum Befallsverlauf unter Verwendung von Pheromonfallendaten, Thermologgerdaten und Ortsbegehung
(b) Definition von Schwellwerten in versch. Spektralkanälen bzw. spektralen Signaturen mit Korrelation zu Borkenkäferfrühbefall
(c) Überprüfen von Vegetationsindices, Ratios, hybriden Falschfarbenkompositen aus Hauptkomponentenanalysen und anderen Spektralderivaten auf Korrelation zu Borkenkäferfrühbefall
(d) Überprüfung des Verbesserungspotentials durch Maskierung relevanter Bildbereiche für die Klassifikation durch objektbasierte Kassifikation oder auch durch LiDar-basierte 3D Strukturdaten
(e) Überprüfung unterschiedlicher Klassifikationen und Kassifizierer auf Korrelation mit Borkenkäferfrühbefall
(f) Überprüfung des Verbesserungspotentials durch "sensor fusion"
(g) Ausloten noch geeigneter Maßstäbe für den untersuchten Zweck (Upscaling).
Beitrag zum Ergebnisindikator:
Das Projekt zeichnet sich durch eine außergewöhnliche Interdisziplinarität aus. So wird bei beiden Partnern jeweils auf Know How unterschiedlichster Fachbereiche zugegriffen, was deren Forschungsbereiche und deren Communities vernetzt.
Durch die Aufhängung des Projektes in den Nationalparken findet eine Einbindung in ein großes anwendungsbezogenes Forschungsnetzwerk statt.
Read more
Thematic information
Specific Objective:
Strengthening cross border R&I activities
Thematic Objective:
(01) strengthening research, technological development and innovation by:
Investment Priority:
(01a) enhancing research and innovation (R&I) infrastructure and capacities to develop R&I excellence, and promoting centres of competence, in particular those of European interest
Partners (2)
Lead Partner:
Technologie Campus FreyungTechnische Hochschule Deggendorf
Address:
94078 Freyung, Germany
Legal status:
public
Website (not verified):
https://www.th-deg.de/de/tc-freyung
Total budget:
EUR 624 335.00
ERDF budget:
EUR 530 684.75
-
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích (Südböhmische Universität in České Budějovice)
-
Name:
Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích (Südböhmische Universität in České Budějovice)
Address:
37005 České Budějovice, Czech Republic
Legal status:
public
Website:
http://www.jcu.cz
Total budget:
EUR 277 922.30
ERDF budget:
EUR 236 233.96
