Prezentacja - Zakład Systemów Informacji Geograficznej, Kartografii

Prezentacja - Zakład Systemów Informacji Geograficznej, Kartografii

ANALIZA POWIĄZALNOŚCI KRAJOBRAZU
Z WYKORZYSTANIEM DANYCH
TELEMETRYCZNYCH I MODELU ‘STEP
SELECTION FUNCTIONS’
Elżbieta Ziółkowska, Katarzyna Ostapowicz,
Volker C. Radeloff, Nuria F. Selva,
Tobias Kuemmerle, Wojciech Śmietana
Zakład GIS, Kartografii i Teledetekcji
Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej
Uniwersytet Jagielloński, Kraków
[email protected]
PLAN WYSTĄPIENIA






Fot: G. Leśniewski

Wprowadzenie
Cele pracy
Niedźwiedź brunatny (Ursus
arctos) w Karpatach
Obszar badawczy i dane
Tok postępowania i metody
Wybrane wyniki
Podsumowanie
2
POWIĄZALNOŚĆ / ŁĄCZNOŚĆ


Efektywna ochrona bioróżnorodności wymaga poznania
i zrozumienia funkcjonalnych związków zachodzących
pomiędzy płatami siedliskowymi  analiza i ocena
powiązalności (ang. connectivity)
Ocena powiązalności
 Często oparta na danych skategoryzowanych i tzw.
wiedzy „eksperckiej”
 Teledetekcyjne dane obrazowe o dużych
rozdzielczościach przestrzennych + dane o
przemieszczaniu się zwierząt o dużej rozdzielczości
czasowej  nowe możliwości analizy
3
CELE PRACY


Ocena powiązalności krajobrazu w oparciu o dane
telemetryczne pochodzące z odbiorników GPS-GSM
oraz czujników aktywności (akcelerometrów ruchu)
 Ocena wpływu sposobu konstrukcji ciągłej
powierzchni kosztowej na analizy powiązalności
(wyznaczanie korytarzy migracyjnych)
Analizy prowadzone na przykładzie niedźwiedzia
brunatnego (Ursus arctos) we wschodniej części
Karpat Polskich
4
NIEDŹWIEDŹ BRUNATNY W KARPATACH



Gatunek priorytetowy, chroniony Dyrektywą Siedliskową,
wrażliwy na utratę i fragmentację siedlisk oraz zakłócenia
ze strony człowieka
Dramatyczny spadek
liczebności populacji i
jej fragmentacja 
podział na dwie główne
subpopulacje na
początku XX wieku
W Polsce ok 95
osobników - niewielki
fragment populacji
karpackiej (7200
osobników)
5
Straka i in. (2012)
OBSZAR BADAWCZY I DANE O
PRZEMIESZCZANIU SIĘ NIEDŹWIEDZI





Carpathian Brown Bear Project
3 niedźwiedzie (Czarny, Solina i Tworylny)
monitorowane w 2008 i 2009 r.
Obroże z nadajnikami GPS-GSM oraz czujnikami
aktywności (akcelerometrami ruchu)
Pomiar lokalizacji
z 30-min./ 5-godz.
krokiem
czasowym
Ogółem 3402
lokalizacje (48%
teoretycznej liczby
lokalizacji)
6
OBSZAR BADAWCZY I DANE O
PRZEMIESZCZANIU SIĘ NIEDŹWIEDZI





Carpathian Brown Bear Project
3 niedźwiedzie (Czarny, Solina i Tworylny) monitorowane
w 2008 i 2009 r.
Obroże z nadajnikami GPS-GSM oraz czujnikami
aktywności (akcelerometrami ruchu)
Pomiar lokalizacji
z 30-min./ 5-godz.
krokiem
czasowym
Ogółem 3402
lokalizacje (48%
teoretycznej liczby
lokalizacji)
7
OBSZAR BADAWCZY I DANE O
PRZEMIESZCZANIU SIĘ NIEDŹWIEDZI





Carpathian Brown Bear Project
3 niedźwiedzie (Czarny, Solina i Tworylny)
monitorowane w 2008 i 2009 r.
Obroże z nadajnikami GPS-GSM oraz czujnikami
aktywności (akcelerometrami ruchu)
Pomiar lokalizacji
z 30-min./ 5-godz.
krokiem
czasowym
Ogółem 3402
lokalizacje (48%
teoretycznej liczby
lokalizacji)
8
ZMIENNE OBJAŚNIAJĄCE – DANE
ŚRODOWISKOWE


Wyznaczone na podstawie wcześniejszych opracowań
dotyczących biologii gatunku
3 grupy zmiennych, rozdzielczość przestrzenna 30m
Grupa zmiennych
Użytkowanie / pokrycie
terenu
Zmienne
-
Las, typy lasu
Łąki i zarośla
Wnętrze / ekoton lasu
Zdjęcia satelitarne
Landsat
-
Wysokość względna /
bezwzględna
Nachylenia
SRTM
Gęstość dróg /
odległość od dróg
Gęstość zabudowy /
odległość od
zabudowy
V-mapa, poziom 2
Topografia terenu
Wpływ człowieka
Materiały źródłowe
-
7
METODY
PRZETWORZENIA DANYCH WEJŚCIOWYCH

Zmienne objaśniające



Identyfikacja skali do
dalszych analiz (metoda
ruchomego okna analizy:
250m – 8km)
Wykluczenie zmiennych
skorelowanych (współczynnik
Pearson’a, VIF)
Dane telemetryczne


Odrzucenie lokalizacji
z DOP > 10
Utworzenie kroków
przemieszczania (675 kroków
wziętych do analizy)
10
METODY
MODELE 'STEP SELECTION FUNCTIONS'




Warunkowa regresja logistyczna
(case-control logistic regression)
oraz tzw. step selection functions
(Fortin i in. 2005),
oprogramowanie R
w( x)  exp(  1 x1   2 x 2  ...   n x n )
Analiza kroków przemieszczania,
a nie samych lokalizacji
Porównanie charakterystyki
zmiennych pomiędzy krokami
rzeczywistymi i kontrolnymi
Ocena dopasowania modeli: QIC
9
METODY
MODELE 'STEP SELECTION FUNCTIONS'

Porównanie modeli utworzonych
w oparciu o tzw. kroki aktywne i
wszystkie kroki
Kryterium długości kroku (1km)
 Kryterium 'poziomu aktywności'


Porównanie modeli utworzonych z
zastosowaniem różnych sposobów
odczytu zmiennych
objaśniających dla kroków
Średnia wartość zmiennych wzdłuż
kroku
 Wartość zmiennych w punkcie
końcowym kroku

10
METODY
ANALIZA POWIĄZALNOŚCI



Analiza powiązalności pomiędzy obszarami o największym
prawdopodobieństwie rozmieszczenia niedźwiedzia
Wyznaczenie potencjalnych korytarzy migracyjnych w oparciu o
analizy kosztowe
Powierzchnie kosztowe: liniowo przekształcone (odwrotność)
modele przemieszczania się niedźwiedzia
11
WYNIKI: MODELE PRZEMIESZCZANIA SIĘ
Zmienna objaśniająca
Zmienne mierzone wzdłuż kroków
Zmienne mierzone na końcu kroków
Skala
Skala
β
P-wartość
β
P-wartość
Model przemieszczania się oparty o kroki aktywne (kryterium długości)
Udział % lasu
4 km
3.42
0.06
4 km
Udział % lasu liściastego / udział % lasu
4 km
1.42
0.03
250 m
2.03
0.55
0.04
< 0.01
Udział % ekotonu leśnego
1 km
3.72
< 0.01
1 km
1.52
0.08
Udział % ekotonu leśno-łąkowego
Wysokość względna
1 km
-1.26
0.20
1 km
250 m
6.35
-1.94
< 0.01
< 0.01
Gęstość dróg
4 km
-49.47
< 0.01
4 km
-24.96
< 0.01
Gęstość zabudowy
-
-
-
500 m
-7.44
< 0.01
Odległość od zabudowy
-
1.28
0.22
-
0.96
0.12
Model przemieszczania się oparty o kroki aktywne (kryterium poziomu aktywności)
Udział % lasu
Udział % lasu liściastego / udział % lasu
Udział % ekotonu leśnego
Udział % ekotonu leśno-łąkowego
4 km
5.63
< 0.01
4 km
2.36
< 0.01
250 m
-0.53
< 0.01
4 km
2.44
< 0.01
1 km
4.83
0.01
1 km
2.77
0.05
-
-
-
1 km
4.27
0.06
250 m
-2.28
0.08
250 m
-2.46
< 0.01
4 km
-29.67
0.01
4 km
-19.12
0.05
Gęstość zabudowy
-
-
-
500 m
-6.44
0.21
Odległość od zabudowy
-
1.90
0.19
-
1.40
0.12
Wysokość względna
Gęstość dróg
Model przemieszczania się oparty o wszystkie kroki
Udział % lasu
4 km
6.34
0.01
4 km
2.79
< 0.01
Udział % lasu liściastego / udział % lasu
1 km
-0.99
0.01
1 km
-0.65
0.01
Udział % ekotonu leśnego
1 km
6.48
< 0.01
1 km
2.65
< 0.01
Udział % ekotonu leśno-łąkowego
-
-
-
1 km
4.45
< 0.01
2 km
2.50
0.29
250 m
-1.19
< 0.01
250 m
-5.71
< 0.01
4 km
-28.08
0.05
Gęstość zabudowy
-
-
-
500 m
-13.40
0.25
Odległość od zabudowy
-
2.42
< 0.01
-
1.64
< 0.01
Wysokość względna
Gęstość dróg
14
WYNIKI: MODELE PRZEMIESZCZANIA SIĘ
Zmienna objaśniająca
Zmienne mierzone wzdłuż kroków
Zmienne mierzone na końcu kroków
Skala
Skala
β
P-wartość
β
P-wartość
Model przemieszczania się oparty o kroki aktywne (kryterium długości)
Udział % lasu
4 km
3.42
0.06
4 km
Udział % lasu liściastego / udział % lasu
4 km
1.42
0.03
250 m
2.03
0.55
0.04
< 0.01
Udział % ekotonu leśnego
1 km
3.72
< 0.01
1 km
1.52
0.08
Udział % ekotonu leśno-łąkowego
Wysokość względna
1 km
-1.26
0.20
1 km
250 m
6.35
-1.94
< 0.01
< 0.01
Gęstość dróg
4 km
-49.47
< 0.01
4 km
-24.96
< 0.01
Gęstość zabudowy
-
-
-
500 m
-7.44
< 0.01
Odległość od zabudowy
-
1.28
0.22
-
0.96
0.12
Model przemieszczania się oparty o kroki aktywne (kryterium poziomu aktywności)
Udział % lasu
Udział % lasu liściastego / udział % lasu
Udział % ekotonu leśnego
Udział % ekotonu leśno-łąkowego
4 km
5.63
< 0.01
4 km
2.36
< 0.01
250 m
-0.53
< 0.01
4 km
2.44
< 0.01
1 km
4.83
0.01
1 km
2.77
0.05
-
-
-
1 km
4.27
0.06
250 m
-2.28
0.08
250 m
-2.46
< 0.01
4 km
-29.67
0.01
4 km
-19.12
0.05
Gęstość zabudowy
-
-
-
500 m
-6.44
0.21
Odległość od zabudowy
-
1.90
0.19
-
1.40
0.12
Wysokość względna
Gęstość dróg
Model przemieszczania się oparty o wszystkie kroki
Udział % lasu
4 km
6.34
0.01
4 km
2.79
< 0.01
Udział % lasu liściastego / udział % lasu
1 km
-0.99
0.01
1 km
-0.65
0.01
Udział % ekotonu leśnego
1 km
6.48
< 0.01
1 km
2.65
< 0.01
Udział % ekotonu leśno-łąkowego
-
-
-
1 km
4.45
< 0.01
2 km
2.50
0.29
250 m
-1.19
< 0.01
250 m
-5.71
< 0.01
4 km
-28.08
0.05
Gęstość zabudowy
-
-
-
500 m
-13.40
0.25
Odległość od zabudowy
-
2.42
< 0.01
-
1.64
< 0.01
Wysokość względna
Gęstość dróg
15
WYNIKI: MODELE PRZEMIESZCZANIA SIĘ
Zmienna objaśniająca
Zmienne mierzone wzdłuż kroków
Zmienne mierzone na końcu kroków
Skala
Skala
β
P-wartość
β
P-wartość
Model przemieszczania się oparty o kroki aktywne (kryterium długości)
Udział % lasu
4 km
3.42
0.06
4 km
Udział % lasu liściastego / udział % lasu
4 km
1.42
0.03
250 m
2.03
0.55
0.04
< 0.01
Udział % ekotonu leśnego
1 km
3.72
< 0.01
1 km
1.52
0.08
Udział % ekotonu leśno-łąkowego
Wysokość względna
1 km
-1.26
0.20
1 km
250 m
6.35
-1.94
< 0.01
< 0.01
Gęstość dróg
4 km
-49.47
< 0.01
4 km
-24.96
< 0.01
Gęstość zabudowy
-
-
-
500 m
-7.44
< 0.01
Odległość od zabudowy
-
1.28
0.22
-
0.96
0.12
Model przemieszczania się oparty o kroki aktywne (kryterium poziomu aktywności)
Udział % lasu
Udział % lasu liściastego / udział % lasu
Udział % ekotonu leśnego
Udział % ekotonu leśno-łąkowego
4 km
5.63
< 0.01
4 km
2.36
< 0.01
250 m
-0.53
< 0.01
4 km
2.44
< 0.01
1 km
4.83
0.01
1 km
2.77
0.05
-
-
-
1 km
4.27
0.06
250 m
-2.28
0.08
250 m
-2.46
< 0.01
4 km
-29.67
0.01
4 km
-19.12
0.05
Gęstość zabudowy
-
-
-
500 m
-6.44
0.21
Odległość od zabudowy
-
1.90
0.19
-
1.40
0.12
Wysokość względna
Gęstość dróg
Model przemieszczania się oparty o wszystkie kroki
Udział % lasu
4 km
6.34
0.01
4 km
2.79
< 0.01
Udział % lasu liściastego / udział % lasu
1 km
-0.99
0.01
1 km
-0.65
0.01
Udział % ekotonu leśnego
1 km
6.48
< 0.01
1 km
2.65
< 0.01
Udział % ekotonu leśno-łąkowego
-
-
-
1 km
4.45
< 0.01
2 km
2.50
0.29
250 m
-1.19
< 0.01
250 m
-5.71
< 0.01
4 km
-28.08
0.05
Gęstość zabudowy
-
-
-
500 m
-13.40
0.25
Odległość od zabudowy
-
2.42
< 0.01
-
1.64
< 0.01
Wysokość względna
Gęstość dróg
16
WYNIKI: ANALIZA POWIĄZALNOŚCI
13
WYNIKI: ANALIZA POWIĄZALNOŚCI
13
WYNIKI: ANALIZA POWIĄZALNOŚCI
14
WYNIKI: ANALIZA POWIĄZALNOŚCI
14
PODSUMOWANIE – DO ZMIANY!!!



Opracowanie powtarzalnej procedury pozwalającej na
przestrzenne określenie prawdopodobieństwa przemieszczenia
 Uwzględnienie procedury rozróżniania typów aktywności w
oparciu o dane z czujników aktywności
Porównanie powierzchni kosztowych wyznaczanych na podstawie
powierzchni przydatności siedliskowej i powierzchni
prawdopodobieństwa przemieszczania wskazują na potencjalne
niedoszacowanie wielkości obszarów istotnych dla powiązalności
(o niskich wartościach kosztu)  konsekwencje ?
Dalsze analizy





Zwiększenie ilości danych telemetrycznych / testy dla innego zbioru
danych
Porównanie przebiegu / charakterystyki korytarzy migracyjnych
Porównanie wskaźników powiązalności
Przetestowanie różnych funkcji przekształcenia powierzchni
prawdopodobieństwa w powierzchnię kosztową (nieliniowe?)
…
15
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!
Badania finansowane są ze środków Narodowego Centrum Nauki, programu SONATA, projektu: „Połączenie
podejść dyskretnego i ciągłego w modelowaniu fragmentacji i powiązalności krajobrazu z wykorzystaniem teorii
i technologii informacji geograficznej” (numer projektu: 2011/03/D/ST10/05568) oraz z Małopolskiego funduszu
stypendialnego dla doktorantów „Doctus”.
22