Automating urban forest inventories and ecosystem service assessments of street trees based on remote sensing data and artificial intelligence
Year: 2024
Type: dissertation
Abstract: Actualment, el 52% de la població resideix en àrees urbanes, i s'estima que per l'any 2050, aquesta proporció augmentarà al 68%, essent una tendència especialment significativa a Europa, on s'espera que més del 72% de les persones visquin a les ciutats. Aquesta situació ha posat els boscos urbans i els arbres al centre de l'atenció dels governs, investigadors i la població en general. Els boscos urbans i els arbres juguen un paper crucial en la provisió de serveis ecosistèmics (SE). Regulen i mitiguen canvis extrems de temperatura, absorbeixen i segresten carboni, milloren la qualitat de l'aire i contribueixen significativament a la preservació de la biodiversitat proporcionant hàbitat per a nombroses espècies d'aus i rèptils, actuant com a corredors de connexió. A més, milloren la salut mental de la població al promoure l'activitat física, entre molts altres serveis. No obstant això, fins i tot en l'era actual del "big data", persisteixen grans mancances de coneixement en aquesta àrea. La complexa distribució i la composició sempre canviant dels boscos urbans a causa del disseny sovint no planificat de les ciutats ha dificultat el seu estudi. A més, encara hi ha molt pocs inventaris forestals urbans, i quan existeixen, cadascun té un format diferent, cosa que fa gairebé impossible realitzar estudis a gran escala a nivell nacional, regional o continental. Aquesta tesi aborda de manera integral aquests reptes. He analitzat les tècniques per caracteritzar arbres i boscos urbans, les fonts de dades utilitzades i l'estat general de la recerca mitjançant un estudi d'estat de l'art (Capítol 1). En aquest capítol, he examinat 48 articles científics publicats entre 2016 i 2021, explorant les principals avantatges i limitacions de cada metodologia proposada. He proporcionat recomanacions mitjançant discussions crítiques sobre com abordar un repte clau en la gestió dels boscos urbans: la manca d'inventaris forestals. Gràcies a aquesta visió integral de l'estat de l'art, durant la meva investigació he desenvolupat una metodologia (Capítol 2) basada en Xarxes Neuronals Convolucionals (CNN). Aquesta metodologia utilitza dades combinades d'imatges satel·litals/aèries i imatges a nivell del terra per detectar, mapar i comptar arbres urbans en carrers. En provar diverses arquitectures de CNN i ajustar paràmetres com la resolució de la imatge i la distància entre imatges a nivell del terra, s'ha aconseguit una precisió del 79% en la cartografia d'arbres urbans a la ciutat de Lleida, Espanya, amb una precisió de 60 cm des del centre de la capçada. A més, com que s'han utilitzat imatges de Google Street View (GSV), cada arbre tenia almenys una imatge individual que permetia la seva caracterització. Amb l'objectiu de desenvolupar una tècnica escalable i automatitzada per a l'inventari forestal urbà, el Capítol 3 ha abordat la identificació d'arbres a diferents nivells taxonòmics (família, gènere i espècie). S'han provat tres aplicacions comercials (Plant.id, Pl@ntNet, Seek) utilitzant imatges de GSV de cada arbre detectat individualment amb la metodologia descrita al Capítol 2. La millor aplicació va predir correctament el 65% de les famílies, el 42% dels gèneres i només el 33% de les espècies a la zona d'estudi. A més, vaig realitzar una anàlisi de biodiversitat amb els resultats obtinguts d'aquesta predicció, trobant una tendència en identificar automàticament carrers amb nivells més alts i més baixos de diversitat, contribuint a la gestió dels arbres urbans i la creació de ciutats més equitatives pel que fa a l'accés a les àrees verdes. Finalment, al Capítol 4, s'ha estudiat la relació entre els grans arbres de carrer i les dinàmiques socioeconòmiques. La importància dels grans arbres en l'oferta de serveis ecosistèmics està ben documentada per la comunitat científica. Donada la seva importància, la seva presència té un gran impacte en les dinàmiques socials de les ciutats. El Capítol 4 aborda una altra aplicació de la metodologia, analitzant una sèrie temporal de 18 anys (2005-2022) per detectar canvis en els grans arbres a la zona urbana de la Badia de San Francisco. Aquesta aplicació va permetre estudiar la relació entre les dinàmiques socials associades a la urbanització, com la gentrificació, i la presència de grans arbres urbans. Es van trobar nivells moderats de correlació entre els barris amb més ingressos i una major presència de grans arbres, traduint-se en un accés desigual als beneficis que aquests arbres poden oferir. La integració d'aquestes tecnologies permet realitzar inventaris efectius d'arbres, identificació d'espècies i monitorització de la dinàmica dels boscos urbans, obrint el camí per a la presa de decisions informades i promovent l'accés equitatiu a espais verds a les ciutats.
Author: Velasquez-Camacho, Luisa
Language: Catalan
Subfield: Management, Monitoring, Policy and Law
Field: Environmental Science
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7035912443