Ondanks de inspanningen van veel boeren om hun graslanden beter geschikt te maken, hebben veel weidevogels het moeilijk in Nederland. Wageningse onderzoekers ontwierpen een methode om met beelden van drones en zelflerende software voor beeldherkenning te bepalen wat nodig is, zoals al dan niet maaien. Ook bestuderen ecologen met drones hoe insecten bloemen waarnemen en hun route bepalen, en hoe zeegrasvelden en mosselbanken erbij staan. Zo gaan technologie en een grotere rijkdom aan dier- en plantensoorten hand in hand.
Drones bieden veel mogelijkheden om de verspreiding en groei van planten en de routes en gedragingen van dieren in kaart te brengen. Het kost veel tijd en moeite om deze observaties met het blote oog te doen. Bovendien kunnen de camera’s waarmee drones worden uitgerust beelden vastleggen die het menselijk oog niet kan waarnemen.
Een grasveld met boterbloemen, vastgelegd door een drone. Links het veld zoals mensen het zien, in het midden een beeld in infrarood en rechts in ultra-violet, zoals een insect het veld zal zien. Beeld: Plant Ecology and Nature Conservation Group, WUR.
Zo loopt er in Zuid-Limburg een onderzoeksproject vanuit het Europese Showcase programma waarbij Wageningse ecologen achterhalen hoe insecten bloeiende bloemen waarnemen. Kennis hierover kan helpen om de massale insectensterfte tegen te gaan. Insecten kijken in het ultraviolette (UV) deel van het lichtspectrum. Daarom maakt een met een UV-camera uitgeruste drone opnamen in een grasland. Bloemen lichten duidelijk op in het UV-lichtspectrum. “Op die manier kunnen de onderzoekers beter begrijpen hoe insecten zich door zo’n grasland bewegen en welke bloemen hun voorkeur hebben”, vertelt Lammert Kooistra, universitair hoofddocent Remote sensing met drones.
Flexibeler
Remote sensing is het van een afstand observeren en beelden maken van het aardoppervlak, legt Kooistra uit. Dat kan grote oppervlakten bestrijken zoals vanuit een satelliet, of kleinere velden met een drone. Begin jaren zeventig waren de eerste satellietbeelden beschikbaar. “Die waren met een pixelgrootte van 30 bij 30 meter al best gedetailleerd. Maar sinds een jaar of tien zijn er droneplatformen beschikbaar die echt op detailniveau werken, tot op de centimeter of zelfs millimeter.”
“We hebben meer kennis over planten nodig en de technologische ontwikkelingen bieden ons daar mogelijkheden toe.”
Lammert Kooistra, universitair hoofddocent Remote sensing met drones
Deel deze quote:
Waar je met satellietbeelden gebonden bent aan het tijdstip waarop de satelliet boven een bepaald deel van onze planeet cirkelt, geven drones veel meer flexibiliteit. Ook al omdat je met satellieten last kunt hebben van de bewolking. “Drones vliegen veel lager en er zijn meerdere momenten om bijvoorbeeld de vegetatieontwikkeling vast te leggen.”
Weidevogels
Om dieren en planten te herkennen en te volgen in hun ontwikkeling, zijn drones enorm behulpzaam. Niet alleen voor onderzoekers maar ook voor natuurbeheerders en boeren. “Voor agrariërs die aan weidevogelbeheer doen, is het soms best lastig om te weten of ze goed bezig zijn om hun graslanden aantrekkelijk te maken voor weidevogels. Het gaat vaak om grote en soms moeilijk toegankelijke gebieden. Dan kunnen drones uitkomst bieden. Er zijn al commerciële bedrijven die droneservices aanbieden om nesten van weidevogels te lokaliseren.”
In een project over graslandmonitoring vanuit de lucht lieten Wageningse onderzoekers een drone met een multispectrale camera beelden maken van veengrasland, terwijl ecologen op de grond de staat van het grasland bepaalden. Door die gegevens te koppelen kan een methode worden ontwikkeld van automatische herkenning, die boeren ondersteunt bij hun inspanningen voor weidevogels. Zo kunnen ze dan zien welke maatregelen nodig zijn, zoals al dan niet maaien, gras afvoeren of minder bemesten.
Om dieren en planten te herkennen en te volgen in hun ontwikkeling, zijn drones enorm behulpzaam, niet alleen voor onderzoekers maar ook voor natuurbeheerders en boeren. Foto: Shutterstock.
Automatische beeldherkenning
“Hoe je vanuit beeld vervolgens naar informatie komt, daar zit nog een hele wereld achter.” Het begint bij de camerabeelden, daarna begint het proces om de beelden van de opnames – meestal foto’s, want die leggen de details scherper vast – te verwerken en te herkennen. Softwareprogramma’s kunnen leren om dat automatisch te doen, de gangbare term daarvoor is machine learning. Je voert eerst zelf data in waarmee je het programma traint om beelden te herkennen.” Zo kan de software bijvoorbeeld bos, weide en akkers leren herkennen en vervolgens boom- en plantensoorten onderscheiden, de dichtheid ervan en de hoeveelheid bladlagen. De data moeten van goede kwaliteit zijn, tekent Kooistra aan. “Er is kennis nodig van de classificatiemethodes én van het ecosysteem. Veldwerk door ecologen om goede trainingsdata te verzamelen blijft dus ook belangrijk.”
In Wageningen is er een multidisciplinair team van onderzoekers die gespecialiseerd zijn in dronetechnieken en beeldverwerking en machine learning. Dat team heet Unmanned Aerial Remote Sensing Facility (UARSF) en de leden komen uit verschillende onderzoeks- en leerstoelgroepen.
Dronepiloten
Kooistra stond in 2012 aan de wieg van dit droneteam, samen met zijn collega Sander Mücher. Wageningen University & Research had net de eerste drone aangeschaft, een achtarmig platform, Okki genoemd. “We zagen de techniek zich ontwikkelen en een drone is een enorme investering. Daarom leek het ons noodzakelijk om de praktische en inhoudelijke kennis te bundelen en beschikbaar te stellen voor alle onderzoeks- en leerstoelgroepen.”
Inmiddels hebben de wetenschappers de keus uit meer dan twintig droneplatforms, kleine van minder dan een halve kilo tot de allergrootste die 25 kilo weegt. Om er zonder brokken mee te kunnen vliegen zijn er twaalf dronepiloten, waaronder Kooistra zelf, die een dronebrevet hebben. De dronepiloten van Unifarm kunnen worden ingehuurd om dronevluchten voor onderzoekers uit te voeren.
Wanneer collega’s van binnen de universiteit en onderzoeksgroepen drones willen inzetten bij hun onderzoek, kan het droneteam meedenken over de combinatie van welke type drone en camera, de methode van informatie-inwinning en beeldanalyse. “Hoe gedetailleerder de beelden moeten zijn, hoe lager en langzamer de drone moet vliegen. En met behulp van gps zorgen we dat ze een regelmatig patroon volgen.”
Alhoewel onderzoekers in toenemende mate met drones werken en metingen verrichten met camera’s en andere sensoren, zijn de standaardmethoden daarvoor nog in ontwikkeling. “Iedere keer opnieuw moeten we voor de specifieke eisen van één experiment in één gebied bekijken wat de beste aanpak is. In de toekomst gaan we dit verder standaardiseren.”
Biodiversiteit en duurzaamheid
Drones worden steeds vaker voor uiteenlopend onderzoek naar natuurlijke systemen ingezet. Zoals bij een studie naar mosselbanken en een onderzoek voor Rijkswaterstaat naar veranderingen in de verspreiding van zeegras in Zeeland. Zeegrasvelden vormen een belangrijk leefgebied voor allerlei soorten zeedieren en zijn bovendien een vangnet voor sediment, waardoor ze een rol vervullen in de kustbescherming. “De drone maakte beelden wanneer het zeegras was drooggevallen. Dat vroeg nog wel wat planning, want het moest eb zijn en mooi weer, en de boot van Rijkswaterstaat moest beschikbaar zijn.”
Drones werden ook ingezet bij een studie naar mosselbanken. Foto: Henk Kramer (Wageningen Environmental Research, WUR).
Luchtopnames zijn heel geschikt voor het bestuderen van plantensystemen, in het wild en eveneens in de landbouw. Kooistra was eerder betrokken bij een onderzoek naar plantengroei en de bodem. Er is steeds meer aandacht voor soortenrijkdom oftewel biodiversiteit in de landbouw, bijvoorbeeld in strokenteelt. “De coloradokever is een vervelend plaaginsect voor aardappels. We hebben dronebeelden ingezet om met machine learning coloradokevers te tellen en hun verspreiding in aardappelstroken te volgen. Die liggen tussen stroken met andere gewassen. Op deze manier kunnen we vergelijken en kijken welke gewascombinaties de verspreiding van de coloradokever afremmen. Zo kan biodiversiteit de landbouw een handje helpen.”
Kooistra ziet veel mogelijkheden om remote sensing met drones in de dagelijkse praktijk te gebruiken, ook voor organisaties en bedrijven. “We denken vaak dat we door de techniek steeds verder afstaan van de natuur. Maar technologie kan ook een goede aanvulling zijn en ons helpen om betere beslissingen te maken in het beheer van natuur en als het gaat om duurzame productie.”
Lees meer:
Artikel “Drones tillen veldonderzoek naar hoger plan”
Interview met Lammert Kooistra over onderzoek op Mars
