Kartlegging Av Naturinngrep: Sluttrapport
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
Kartlegging av naturinngrep Sluttrapport – revidert utgave Notatnr SAMBA/10/2020 Forfattere Øivind Due Trier, Arnt-Børre Salberg Dato 8. april 2020 Norsk Regnesentral Norsk Regnesentral (NR) er en privat, uavhengig stiftelse som utfører oppdragsforskning for bedrifter og det offentlige i det norske og internasjonale markedet. NR ble etablert i 1952 og har kontorer i Kristen Nygaards hus ved Universitetet i Oslo. NR er et av Europas største miljøer innen anvendt statistisk- matematisk modellering og har et senter for forskningsdrevet innovasjon, Big Insight, med finansiering fra Norges forskningsråd, bedrifter og offentlige partnere. Innen statistikk jobbes det med et bredt spekter av problemstillinger, for eksempel finansiell risiko, jordobservasjon, estimering av fiskebestander, helse og beskrivelse av geologien i petroleumsreservoarer. NR er ledende i Norge innen utvalgte deler av informasjons- og kommunikasjonsteknologi. Innen IKT-området har NR innsatsområdene e-inkludering, informasjonssikkerhet og smarte informasjonssystemer. NRs visjon er forskningsresultater som brukes og synes. Tittel Kartlegging av naturinngrep Forfattere Øivind Due Trier, Arnt-Børre Salberg Dato 8. april 2020 År 2020 Publikasjonsnummer SAMBA/10/2020 Sammendrag Norsk Regnesentral (NR) har på oppdrag for Miljødirektoratet utviklet en metode for automatisert deteksjon av naturinngrep med Sentinel-2 satellittbilder. Metoden er basert på det dype nevrale nettverket U-Net. Metoden er trent opp på anleggsveier i vindkraftutbyggingsområder. På et testområde som ikke var med på opptreningen, fant metoden alle de fire vindkraftutbyggingsområdene. Innenfor disse fant metoden i gjennomsnitt 96% av anleggsveienes forløp. 4% ble ikke detektert, og framsto som korte gap, altså utelatte deler av veienes forløp. Samtidig var andelen falske deteksjoner bare 2%. Buffersoner rundt senterlinjer for anleggsveiene i vindkraftutbyggingsområdene ble brukt til å estimere et oppdatert kart over inngrepsfri natur for testområdet. Som konklusjon har de innledende forsøkene på et eksempelområde vist at det vil kunne være mulig å lage en automatisert prosesseringskjede som oppdager nye naturinngrep slik at kartdata for naturinngrep samt gjenværende områder med inngrepsfri kan holdes oppdatert. Om ønskelig kan nye naturinngrep varsles slik at en har mulighet til å kontrollere disse. Med utgangspunkt i de gode resultatene med U-Net vil NR anbefale å utvikle en automatisk prosesseringskjede for Sentinel-2 bilder, som beskrevet i kapittel 6.1. NR anbefaler metodeutvikling for å kunne gjøre automatisk deteksjon av kjørespor i flybilder, som skissert i kapittel 6.2. Kjøresporene er synlige i disse bildene, dermed vil automatisk deteksjon med et dypt nevralt nettverk kunne fungere godt. En mulig framgangsmåte er å trene opp U-Net på flybilder med bakkesannheter for kjørespor. Emneord Endringsdeteksjon, Sentinel-1/2, Målgruppe Forskere Tilgjengelighet Intern bruk i prosjektet Prosjektnummer 220 917 Naturinngrep Satsningsfelt Jordobservasjon Antall sider 233 © Copyright Norsk Regnesentral 3 Innhold 1 Utvidet sammendrag .......................................................................................... 21 2 Innledning ........................................................................................................... 26 3 Data og metoder ................................................................................................. 30 3.1 Bakkesannheter .......................................................................................... 30 3.2 Satellittbilder ............................................................................................... 32 3.2.1 Sentinel-1 ...................................................................................... 32 3.2.2 Sentinel-2 ...................................................................................... 32 3.3 Høydemodell ............................................................................................... 32 3.4 Endringsdeteksjon ...................................................................................... 33 3.5 Deteksjon av nye veger i Sentinel-2 med U-Net .......................................... 34 3.6 Deteksjon av nye veger i Sentinel-2 med SegNet ....................................... 51 3.7 Skydeteksjon .............................................................................................. 51 3.8 Kildekode for deteksjon med U-Net ............................................................. 52 3.8.1 Python lokalt miljø ......................................................................... 52 3.8.2 Deteksjon ...................................................................................... 52 3.8.3 Trening .......................................................................................... 56 3.9 Endringsdeteksjon i Sentinel-2 med NDVI differanse .................................. 59 3.9.1 Prosesseringskjede ....................................................................... 59 3.9.2 NDVI differanse ............................................................................. 61 4 Resultater ........................................................................................................... 65 4.1 Visuell endingsdeteksjon med Sentinel-2 .................................................... 65 4.2 Visuell endringsdeteksjon med Sentinel-1 ................................................... 70 4.2.1 Vindkraftutbygging......................................................................... 70 4.2.2 Kraftlinjer ....................................................................................... 75 4.2.3 Bygninger ...................................................................................... 77 4.3 Deteksjon av nye veger i Sentinel-2 med U-Net .......................................... 80 4.3.1 Deteksjonsresultater i Åfjord .......................................................... 80 4.3.2 Deteksjonsresultater i Åfjord med skyer ...................................... 103 4.3.3 Deteksjonsresultater Nærøysund ................................................ 113 4.3.4 Deteksjonsresultater Måsøy ........................................................ 115 4.3.5 Deteksjonsresultater nye skogsbilveier ........................................ 117 Kartlegging av naturinngrep 5 4.3.6 Deteksjonsresultater fyllinger ...................................................... 119 4.3.7 Oppdatert kart over inngrepsfri natur ........................................... 169 4.4 Deteksjon av nye veger i Sentinel-2 med SegNet ..................................... 173 4.5 Endringsdeteksjon i Sentinel-2 med NDVI ................................................ 175 4.5.1 Vindkraftutbygging....................................................................... 175 4.5.2 Kraftlinjer ..................................................................................... 181 4.5.3 Skogsbilveier ............................................................................... 185 4.6 Visuell deteksjon av kjørespor i flybilder .................................................... 188 4.6.1 Østre Steintjønna ........................................................................ 189 4.6.2 Dyråa, Blåfjella-Skjækerfjella nasjonalpark .................................. 197 4.6.3 Nordbakk, Havdalsfjellet, Lierne .................................................. 201 4.6.4 Namsvatnet ................................................................................. 203 4.6.5 Lifjellet, Blåfjella-Skjækerfjella nasjonalpark ................................ 207 4.7 Visuell deteksjon av kjørespor i lidardata .................................................. 209 4.7.1 Østre Steintjønna ........................................................................ 210 4.7.2 De andre områdene .................................................................... 215 4.8 Visuell deteksjon av grøftet myr i lidardata ................................................ 219 5 Diskusjon og konklusjon ................................................................................. 220 6 Anbefalinger ..................................................................................................... 223 6.1 Automatisk prosesseringskjede for Sentinel-2 ........................................... 223 6.1.1 Daglig nedlasting av nye Sentinel-2 bilder innenfor Norges landareal. .................................................................................................. 224 6.1.2 Utpakking og konvertering til filformat tilpasset innlesing til U-Net 224 6.1.3 Skymaskering .............................................................................. 224 6.1.4 Deteksjon av naturinngrep med U-Net, i første omgang: anleggsveier i vindmøllekraftverk .............................................................. 224 6.1.5 Fjerning av potensielt falske deteksjoner basert på objektstørrelse225 6.1.6 Tynning av detekterte rasterlinjer til en pikselbredde ................... 225 6.1.7 Konvertering fra raster til vektor................................................... 226 6.1.8 Koordinattransformasjon av vektorlinjer til UTM sone 33 ............. 226 6.1.9 Etablere buffersoner rundt vektorlinjene ...................................... 227 6.1.10 GIS overlappsanalyse mellom buffersoner og eksisterende arealer med inngrepsfri natur. Resultatet er polygoner med reduksjon av inngrepsfri natur 227 6 Kartlegging av naturinngrep 6.1.11 Konvertering av Sentinel-2 bilder til tre kanalers RGB-bilder i UTM sone 33 N for