Testing UAV surveying for mapping freshwater pearl mussel populations

Abstract

This report presents a preliminary assessment of the viability of using UAVs (drones) for mapping freshwater pearl mussel (Margaritifera margaritifera; FPM) populations. The standard methods for surveying FPM populations – wading or snorkelling through a river and counting the visible adult FPMs on the riverbed – are time-consuming and therefore costly. In contrast, UAVs offer the potential to quickly and efficiently map large stretches of a watercourse at high spatial resolution. Since UAVs have not been used as part of FPM monitoring programmes, an assessment of the strengths and limitations of this technology is required. In the current study, the effectiveness of UAVs to survey adult FPM populations was tested in the River Borråselva, a small, regulated river in Trøndelag, Central Norway, with a well-documented FPM population. Sites with known occurrence of FPMs were selected and a UAV, flying at an elevation of ≈5 m, was used to image the riverbed. UAV imagery was acquired using both photo and video surveying approaches. Photos were merged in WebODM to create orthophotos of the sites; video data were used to test the potential for image processing to remove phenomena that hindered discernment of FPMs (e.g. sunglint, shallow water wave lensing, and refraction from ripples). UAV flights were carried out under different light conditions, and in different sections of the river, to explore possible influences on FPM visibility. The test surveys showed that it is possible to provide a relatively quick indication of FPM distributions. However, two limitations were encountered. First, the area that could be investigated within a single survey for the Borråselva was limited by the difficulty of flying a UAV close to the surface within a narrow stream bounded by fully grown riparian forest, while maintaining line-of-sight to the operator. Secondly, detection of FPMs was strongly dependent on light conditions. We conclude that UAVs have strong potential for use in FPM monitoring programmes. However, careful survey planning is essential to ensure optimal surveying conditions: surveys should only be done during bright, cloud-free weather conditions, and attempts should be made to minimize the presence of shadows and sunglint. Additionally, image processing may be necessary to increase the visibility of FPMs on the riverbed.

Hedger, R.D., Gosselin, M.-P. & Larsen, B.M. 2023. Testing av UAV-undersøkelser for kartlegging av elvemuslingpopulasjoner. NINA Rapport 2353. Norsk institutt for naturforskning. Denne rapporten presenterer en foreløpig vurdering av UAV-er (droner) som verktøy for å kartlegge bestander av elvemusling (Margaritifera margaritifera; FPM). Standardmetodene for å kartlegge bestander av elvemusling – vading eller snorkling i en elv og telling av synlige elvemuslinger på elvebunnen – er både tidkrevende og kostbare. I motsetning til dette, tilbyr UAV-er potensialet for å kartlegge effektivt store deler av et vassdrag med høy romlig oppløsning. UAV-er har imidlertid ikke blitt brukt som en del av overvåkingsprogrammer av elvemuslingbestander eller testet for dette før, slik at det i denne sammenhengen kreves en vurdering av både styrker og begrensninger av denne teknologien. I denne studien ble effektiviteten til UAV-er for å kartlegge bestander av elvemuslinger testet i Borråselva, en liten, regulert elv i Trøndelag, Midt-Norge, med en godt dokumentert bestand av elvemusling. Steder med god forekomst av elve muslinger ble valgt og en UAV, som fløy i en høyde på ≈5 m, ble brukt til å avbilde elvebunnen. UAV-bilder ble anskaffet ved å bruke både foto- og videomålingsmetoder. Bilder ble slått sammen i WebODM for å lage ortofoto av kartlagte områder; videodata ble brukt for å teste potensialet for bildebehandling for å fjerne forstyrrende elementer i bildet (f.eks. reflekser fra sola, bølgelinjer på grunt vann og brytning fra krusninger). UAV-flyvninger ble utført under forskjellige lysforhold, og i forskjellige deler av elven, for å utforske mulig påvirkninger på synlighet av elvemuslinger. Testundersøkelsene viser at det er mulig å gi en relativt rask indikasjon på utbredelsen av elvemusling. Imidlertid ble det funnet to viktige begrensninger. For det første, var området som kunne undersøkes i Borråselva, innenfor en enkelt flyvning, begrenset pga. problemer med å fly en UAV nær overflaten av elva, som hadde fullvokst kantskog langs elvebredden, og samtidig opprettholde siktlinje til operatøren. For det andre, var resultatene sterkt avhengig av lysforholdene under undersøkelsen. Det ble konkludert med at UAV-er har et godt potensial for bruk i undersøkelser og overvåking av elvemusling. God planlegging er imidlertid avgjørende for å sikre optimale undersøkelsesforhold. Undersøkelser bør gjøres under lyse, skyfrie værforhold, samtidig er det viktig å minimere tilstedeværelsen av skygger og reflekser fra sola. I tillegg kan bildebehandling være nødvendig for å øke synligheten til elvemuslinger på elvebunnen.