Comparison of Unmanned Aerial Vehicle Platforms for Assessing Vegetation Cover in Sagebrush Steppe Ecosystems
Abstract
n this study, the use of unmanned aerial vehicles (UAVs) as a quick and safe method for monitoring biotic resources was evaluated. Vegetation cover and the amount of bare ground are important factors in understanding the sustainability of many ecosystems. Methods that improve speed and cost efficiency could greatly improve how biotic resources are monitored on western lands. Sagebrush steppe ecosystems provide important habitat for a variety of species including sage grouse and pygmy rabbit. Improved methods of monitoring these habitats are needed because not enough resource specialists or funds are available for comprehensive on-the-ground evaluations. In this project, two UAV platforms, fixed-wing and helicopter, were used to collect still-frame imagery to assess vegetation cover in sagebrush steppe ecosystems. This paper discusses the process for collecting and analyzing imagery from the UAVs to 1) estimate percentage of cover for six different vegetation types (shrub, dead shrub, grass, forb, litter, and bare ground) and 2) locate sage grouse using representative decoys. The field plots were located on the Idaho National Laboratory site west of Idaho Falls, Idaho, in areas with varying amounts and types of vegetation cover. A software program called SamplePoint was used along with visual inspection to evaluate percentage of cover for the six cover types. Results were compared against standard field measurements to assess accuracy. The comparison of fixed-wing and helicopter UAV technology against field estimates shows good agreement for the measurement of bare ground. This study shows that if a high degree of detail and data accuracy is desired, then a helicopter UAV may be a good platform to use. If the data collection objective is to assess broad-scale landscape level changes, then the collection of imagery with a fixed-wing system is probably more appropriate.
Resumen
En este estudio se evaluo ́ el uso de vehı ́culos ae ́reos no tripulados (VANT) como un me ́todo ra ́pido y seguro para monitorear recursos bio ́ticos. La cubierta vegetal y la cantidad de suelo desnudo son factores importantes para entender la sustentabilidad de varios ecosistemas. Me ́todos que mejoren la rapidez y el costo podrı ́an mejorar la manera en que los recursos bio ́ticos de las tierras del oeste son monitoreados. El ecosistema de estepa de artemisa provee ha ́bitat para varias especies que incluyen al ganso sage y conejo pigmeo. Es necesario mejorar los me ́todos de monitoreo de estos ha ́bitat porque no hay suficientes especialistas en recursos o fondos disponibles para evaluaciones completas en el terreno. En este proyecto, se utilizaron dos plataformas de VANT, alas fijas y helico ́ptero para recolectar ima ́genes fotogra ́ficas para evaluar la cubierta vegetal en un ecosistema de estepa de artemisa. En este art ́ıculo se discute el proceso de recoleccio ́n y ana ́lisis de ima ́genes de un VANT para 1) estimar el porcentaje de cubierta de seis diferentes tipos de vegetacio ́n (matorral, matorral seco, zacate, hierbas, mantillo y suelo desnudo) y 2) ubicar gansos sage usando sen ̃ uelos. Las parcelas experimentales se ubicaron en el Laboratorio Nacional de Idaho sitio localizado en Idaho Falls, Idaho en a ́reas con diferentes cantidades y tipos de cubierta vegetal. Se uso el programa de software SamplePoint junto con inspecciones oculares para evaluar el porcentaje de cubierta de seis tipos de cubiertas. Los resultados se compararon contra medidas de campo esta ́ndar para evaluar su precisio ́n. La comparacio ́n de la tecnologı ́a de helico ́ptero VANT y alas fijas contra estimaciones de campo muestra buena relacio ́n para las medidas de suelo desnudo. El estudio muestra que sı ́ se requiere alto grado de detalle y precisio ́n en los datos el helico ́ptero VANT podrı ́a ser una buena plataforma para usarse. Pero s ́ı el objetivo de recopilacio ́n de datos, es evaluar a gran escala los niveles de cambio en el paisaje entonces, la recopilacio ́n de ima ́genes con el sistema de alas fijas es probablemente ma ́s apropiado.