Onderzoeksproject S0/01/013 (Onderzoeksactie S0)
SITUERING
De steeds groter wordende hoeveelheid data van aardobservatie satellieten creëert de noodzaak methode te ontwikkelen om deze data te begrijpen en te analyseren. De ontwikkeling van beeldvormende hyperspectraal sensoren zorgen dat deze datastroom alleen maar groter wordt. Het toepassingsgebied van deze databron situeert zich daar waar gedetailleerde informatie over uitgestrekte gebieden met grote ruimtelijke resolutie nodig is.
Vitaliteitsmonitoring van meerjarige planten is één van deze toepassingsmogelijkheden. Een netwerk van vitaliteitmeetpunten ligt verspreid over alle bosgebieden in België, en wordt jaarlijks door de boswachters geëvalueerd. Het opvolgen van de vitaliteit in boomgaarden gebeurt veel vaker en op een compactere schaal wegens het grotere aantal potentiële stressfactoren van economisch belang. Echter tot op heden, bestaat geen objectieve, betaalbare methode om deze vitaliteitmetingen uit te voeren. Momenteel gebeuren de metingen met het blote oog door de subjectieve interpretatie van verkleuring en blad- en naaldverlies van de kronen. Door deze moeilijkheid worden pesticiden veelal preventief ingezet wat tot milieuproblemen leidt. Met informatie uit hyperspectraal beelden moet het mogelijk zijn deze middelen veel gerichter in te zetten (precision farming).
Vitaliteitsmetingen in de brede zin van het woord, zijn globaal nodig voor een betere kennis van de koolstofcyclus in bossen. Modellen van netto-assimilatie van bossen, gebaseerd op NDVI, benaderen beter de nauwkeurigheid van gedetailleerde plantecologische modellen, wanneer cruciale parameters zoals LAI, bladverdeling en boomsoort (doorslaggevend voor het fysiologisch effect van lichtabsorptie) worden ingebracht.
Teledetectie methodes voor vitaliteitsmetingen besparen op kosten, pesticiden en zijn minder arbeidsintensief. Het is bemoedigend dat de klassieke monitoring op optische observatie berust, echter het "upscalen" van reflectantie metingen op bladniveau naar data van hyperspectraal sensors op satellietplatforms, is nog steeds een probleem bij de evaluatie van hyperspectrale data.
Fluorescentie van bladeren moet eveneens beschouwd worden in een reflectantie model. Recente metingen geven een methode aan om beide stralingen te onderscheiden in CASI-data. Hoewel de fluorescentie straling veel lager is dan de reflectantie, beïnvloedt het de metingen op bladniveau. Daarom is het noodzakelijk deze factor met verschillende directionaliteit in te schatten met "upscaling" als doel. Fluorescentie geeft ook extra informatie over bladvitaiteit, en wordt dan ook gebruikt voor fotosynthese metingen en presymptomatische detectie van stress.
DOELSTELLINGEN
De algemene doelstelling van meetvluchten over het domeinbos Pijnven te Hechtel-Eksel en de proefterreinen van het PCF te Gorsem is het gebruik van hyperspectrale data voor vegetatiestudies in bosonderzoek, stress- en ziektepreventie in boomgaarden en het verbeteren van vegetatiemodellen. Dit zal worden bereikt in samenwerking met drie al lopende onderzoeksprojecten.
Het DWTC-project "Hypercrunch" heeft als doel het identificeren van stressfactoren op bladniveau van fruitbomen a.d.h.v. spectroradiometermetingen en het gebruik van vliegtuigdata. De belangrijkste bijdrage van dit project tot dit voorstel is het verschaffen van grondmetingen van reflectantie van bomen en het identificeren van stress-specifieke signalen, die zullen teruggevonden worden in de vliegtuigdata. Aan de hand hiervan zullen vegetatie-indices zoals bijvoorbeeld red edge detection aangewend worden om de vitaliteit van de testsites te quantificeren. Metingen van de bladfluorescentie zullen eveneens hiervoor worden uitgevoerd.
Het PRODEX-project "Texture and change detection in forest ecosystems" wil het gebruik van hyperspectrale data van het CHRIS-instrument aan boord van de PROBA-satelliet nagaan en zal de multitemporale CHRIS-beelden gebruiken om veranderingen te detecteren. In kader van dit voorstel wordt naaldvitaliteit en -dichtheid onderzocht, o.a. worden reflectantiewaarden van bestanden met een spectroradiometer verzamelt, biofysische parameters van naalden gemeten, LAI bepaalt, en conventionele vitaliteitsbepalingen en fluorescentiemetingen gedaan.
Het onderzoeksfonds-project van de K.U.-Leuven "Describing biophysical and optical properties of forests through computer modeling and visualization" heeft als doel het opstellen van een fractaal architectuur model van dennenbossen en zal gebruikt worden voor het opschalen van blad-BRDF’s en fluorescentie naar reflectanties van ganse bosgebieden. De data van de meetvlucht zijn van groot belang als validatiedataset.
Complementaire gegevens komen van het Hysens 2001 boven Gorsem, bestaande tijdsreeksen (5 jaar) van LAI-metingen in het Pijnven en studie van de paradox tussen en groei en vitaliteit van Pinus nigra bomen in het Pijnven.
Veel synergetische effecten worden verwacht van de samenwerking tussen deze projecten door het gezamenlijk gebruik van de data: vluchtdata, fluorescentie en reflectantiemetingen dienen alle 3 de projecten, LAI-metingen zijn nuttig voor het PROBA-project en als validatiedata voor het fractaal model en dezelfde biofysische parameters worden opgemeten, zowel voor het PROBA-project als voor Hypercrunch.
