Looking for shrubs in an alvar: Investigating classification of orthophotos as a way of mapping shrub species Juniperus communis and Dasiphora fruticose on Stora Alvaret, Öland

Abstract

Loss of biodiversity is an immediate threat to the planet and if no actions are taken it is expected to accelerate. The highest species richness on smaller scale is found in semi-natural temperate grasslands, with one of the documented records from Stora Alvaret on Öland, Sweden. The area is protected under the Natura 2000-network and Länstyrelsen Kalmar are responsible for monitoring while local farmers execute most of the management with support. One of the main threats to the biodiversity on Stora Alvaret is encroachment by shrubs when the grazing pressure is decreased.
The study investigates the possibility to use classification of high resolution orthophotos as an aid in monitoring if and where shrub encroachment is happening. The studies main aim is to develop a method to successfully classify the species of interest Juniperus communis and Dasiphora fruticose with the software ArcGIS pro.
The result shows that it is possible to successfully classify the species of interest if following the proposed method. The method consists of a first classification on 5 m resolution with removed agricultural fields, to extract the forest class which then is removed from the 1 m resolution. The 1 m resolution without forest is then used as a base for the final classification.
The final result had a kappa value of 0,92 which translates to an almost perfect classification. As the study is mainly focused on the shrub species it is important to also note the producer’s and user’s accuracy for their classes. Juniperus communis had a producer’s accuracy of 0,86 and user’s accuracy of 0,38 while the corresponding values for Dasiphora fruticose were 0,92 and 0,86. The weakness in the classification thus lies with other classes being included in the juniper pixels. The removal of forest also introduces uncertainty and the producer’s and user’s accuracy of that class should be considered when interpreting and using the results.
Further research should focus on improving the user’s accuracy for juniper and investigating the use of change detection between classified results from different years.

Popular Abstract (Swedish)

Kartlägga buskar på Öland för att rädda den biologiska mångfalden.
På södra delen av Öland finns ett område som kallas Stora Alvaret som har mycket höga naturvärden. En minskning av betande djur under 1900-talet har dock gjort att den biologiska mångfalden hotas av buskar som sprider sig och utkonkurrerar andra växter. I examensarbetet Looking for shrubs in an alvar undersöker Jorun Westman metoder för att kartlägga buskarna digitalt med hjälp av flygfoton för att underlätta skötseln av området.
Vi har alla hört att vi måste stoppa skövlingen av regnskog i världen för att rädda djur och växtarter som lever där. Förlusten av biologisk mångfald är ett stort hot mot ekosystemen på vår planet, men det händer även här i vårt närområde. Faktum är att några av de områdena med högst biodiversitet i hela världen är gräs- och ängsmarker på kallare breddgrader. Stora Alvaret på Öland är en av dom, som faktiskt innehar ett inofficiellt världsrekord på 12 arter på 10 cm2 (vilket är mindre än hälften av ytan av en liten tändsticksask!).
Men hotet mot växterna på Stora Alvaret är inte att vi hugger ner dom, utan snarare tvärt om. Gräsmarker måste skötas, traditionellt sett genom betande djur, annars växer dom igen. På Stora Alvaret har man problem med framför allt de två arterna en och ölandstok som lätt tar över om marken lämnas orörd.
Länsstyrelsen och de lokala bönderna jobbar ständigt med att hålla buskarna i schack men över en sådan stor yta som alvaret sträcker sig, 26 000 hektar eller 20 % av Ölands yta, är det svårt att få en bra överblick. Därför görs i detta arbete en digital klassificering av de två arterna med hjälp av flygbilder för att kunna producera kartor som hjälp i naturvårdsarbetet.
Klassificeringen av arterna baseras på en fältstudie som gjordes till området där flygbilder jämfördes med hur det såg ut i verkligheten. I datorn skapas sedan träningsytor som lär programmet hur de olika växterna och andra landtyperna ser ut för att sedan dela in alla pixlar i bilden i de olika klasserna. Flera olika försök gjordes för att hitta den bästa strategin och till slut blev klassificeringen tillräckligt bra för att kunna användas som underlag. Men som med alla modeller finns det osäkerheter och därför är inte det producerade kartorna en exakt bild av verkligheten. I framtiden skulle flera kartor för olika år kunna produceras, och med hjälp av dom göra jämförelser över var och hur mycket buskarna sprider sig.

• author: Westman, Jorun
• supervisor: Veiko Lehsten; Virginia García Millán
• organization: Dept of Physical Geography and Ecosystem Science; Surveying (M.Sc.Eng.)
• course: EXTM05 20212
• year: 2022
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences; Technology and Engineering
• keywords: Physical Geography, Orthophoto, Stora Alvaret, Shrub, Monitoring
• publication/series: Examensarbete i geografisk informationsteknik
• report number: 34
• language: English
• id: 9098135
• date added to LUP: 2022-08-25 13:06:24
• date last changed: 2022-08-25 13:07:15