Utilização de imagens multiespectrais para monitorizar as florestas urbanas

Os parques urbanos, as ruas arborizadas, os jardins, as vias verdes e as reservas naturais funcionam como os pulmões das áreas metropolitanas, filtrando o ar e a água, ajudando a controlar as águas pluviais, proporcionando sombra e ajudando a conservar energia.

Com mais de 80% dos norte-americanos a viver em zonas urbanas, estes “pulmões” são recursos que vale a pena proteger.

No entanto, tal como outras florestas e culturas, estão em risco devido a pragas e doenças invasivas. Na América do Norte, uma das principais ameaças é a broca do freixo esmeralda(Agrilus planipennis), um escaravelho verde nativo das florestas da Ásia que ataca exclusivamente os freixos. As suas larvas alimentam-se da casca interna da árvore durante um a dois anos antes de emergirem, afectando a capacidade da árvore de transportar água e nutrientes para a sua copa. Uma vez que nem os sintomas nem os escaravelhos são visíveis nas fases iniciais da infestação, é muito difícil identificar e salvar as árvores afectadas.

A broca da cinza esmeralda apareceu pela primeira vez no Michigan em 2002 e, desde então, espalhou-se por 35 dos 50 estados dos EUA. Tem o potencial de destruir 90-95% de todos os freixos da América do Norte, que representam cerca de 25% das árvores das zonas urbanas.

A forma mais eficaz de tratar uma infestação e evitar a sua propagação é detetar os sintomas antes de serem visíveis, o que é possível com imagens multiespectrais obtidas por drones. No entanto, a utilização de drones em ambientes urbanos apresenta alguns desafios únicos. O principal obstáculo é o facto de, de acordo com os regulamentos da FAA, os drones não poderem sobrevoar propriedades privadas sem o consentimento do proprietário.

Apesar dos desafios envolvidos no sobrevoo de uma área urbana, duas empresas sediadas no Colorado, a Spectrabotics e a Arbor Drone, uniram forças e decidiram ajudar a proteger as florestas urbanas desta grande ameaça. Para o seu trabalho, a equipa escolheu o sensor RedEdge da série MicaSense devido à sua fiabilidade e resolução espetral.

O primeiro desafio foi encontrar uma forma de sobrevoar o ambiente urbano de Denver, cumprindo os regulamentos da Administração Federal de Aviação e, ao mesmo tempo, cobrindo todas as áreas plantadas com freixos. Felizmente, grande parte da cidade de Denver está disposta num padrão de grelha e a Spectrabotics conseguiu planear a sua trajetória de voo alinhando-a com o direito de passagem ao longo da estrada. Isto permitiu-lhes captar imagens das árvores sem violar as regras da FAA. Embora o fluxo de trabalho da Spectrabotics fosse eficaz, eram necessários muitos observadores para cobrir uma área tão grande.

Ao analisar as imagens, a equipa também teve dificuldades em encontrar uma ferramenta adequada. O índice de vegetação NDVI, normalmente utilizado, satura com um índice de área foliar (LAI) elevado. O LAI é, geralmente, uma medida da área da superfície foliar contida em cada pixel (cada pixel tem cerca de 8 centímetros quadrados para o conjunto de imagens). Esta saturação oculta muitas das características subtis dos dados necessárias para identificar os impactos da EAB nos freixos. Assim, a equipa voltou ao laboratório para desenvolver os seus próprios algoritmos que se concentram especificamente na correspondência das bandas certas para identificar características específicas de interesse relacionadas com a EAB.

As imagens multiespectrais obtidas com a série MicaSense RedEdge, e a análise subsequente, permitiram a deteção precoce da EAB, o que representa um grande avanço na luta contra esta ameaça. A equipa conseguiu identificar árvores infestadas que os silvicultores puderam avaliar no terreno e determinar se era necessária uma injeção no tronco ou outra forma de aplicação química, ou se era necessário cortar certos ramos da árvore.