Detectability and visibility biases associated with using a consumer-grade unmanned aircraft to survey nesting colonial waterbirds

• Published in: Journal of field ornithology Vol. 89; no. 3; pp. 242 - 257
• Main Authors: Barr, Jared R., Green, M. Clay, DeMaso, Stephen J., Hardy, Thomas B.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Wiley Subscription Services, Inc 01.09.2018
• Subjects: aerial system; bird count; detection probability; drone; GLMM; Ornithological Methods; UAS; UAV
• ISSN: 0273-8570; 1557-9263
• DOI: 10.1111/jofo.12258

Surveys of colonial-nesting waterbirds are needed to assess population trends and gain insight into the health of wetland ecosystems. Use of unmanned aerial systems (UAS) for such surveys has increased over the past decade, but possible sources of bias in surveys conducted with UAS have not been examined. We examined possible visibility biases associated with using a UAS to survey waterbird colonies in cypress-tupelo watersheds and coastal island habitats in Texas in 2016. We used known numbers of four waterbird decoy types, including Black Skimmers (Rynchops niger), terns, and white- and dark-plumaged herons, to estimate their detectability in each habitat. Six observers independently counted decoys from aerial imagery mosaics taken with a consumer-grade, off-the-shelf quadcopter drone. We used generalized linear mixed-effects models to estimate detection probabilities of each decoy type. Black Skimmers at the coastal island had a detection probability of just 53%. Detectability of both white- and dark-plumaged herons was lower in the canopied cypress-tupelo nabitat than the coastal island. In addition, cloud cover > 50% further reduced detectability of white heron decoys in cypress-tupelo habitat. Use of the double-count method yielded biased-low abundance estimates for white- and dark-plumaged herons in canopied sites, suggesting that habitat differences were a greater source of bias than observer error. Black Skimmers were the only decoy type to be imperfectly detected at the coastal island, a surprising result given the stark contrast of their plumage with their sand and shell nesting substrate. Our results indicate that UAS-derived photographic surveys are prone to low detection probabilities at sites where vegetation occludes nests. In habitats without canopy, however, UAS surveys show promise for obtaining accurate counts of terns, white herons, and dark herons. El monitoreo de aves acuáticas que anidan en colonias es requerido para determinar tendencias poblacionales y obtener información sobre la salud de ecosistemas acuáticos. En la pasada década, ha incrementado el uso de sistemas aéreos no tripulados (UAS) para estos monitoreos, pero no se han examinado algunas fuentes posibles de sesgo en los monitoreos en los que se utilizan los UAS. Examinamos los posibles sesgos de visibilidad asociados con el uso de UAS para el monitoreo de colonias de aves acuáticas en cuencas de ciprés-tupelo y hábitats insulares en Texas en 2016. Utilizamos un número conocido de cuatro tipos de modelos para aves acuáticas, incluyendo Rynchops niger, gaviotas y garzas de plumajes claros y oscuros, con el fin de estimar su detectabilidad en cada hábitat. Independientemente seis observadores contaban los modelos a través de mosaicos de imágenes aéreas tomadas con un dron de cuatro hélices de tipo no profesional y listo para usar. Utilizamos modelos generalizados de efectos mixtos para estimar las probabilidades de detección de cada uno de los tipos de modelos. Rynchops niger en la isla costera tuvo una probabilidad de detección de apenas 53% La detectabilidad de garzas de plumaje bianco y oscuro fue menor en ambos casos para hábitats con dosel en ciprés-tupelo que en las islas costeras. Adicionalmente, la nubosidad de > 50% redujo la detectabilidad de modelos de garzas blancas en el habitat de ciprés-tupelo. El uso de métodos de doble conteo resultaron en la subestimación de la abundancia para garzas de plumaje blanco y oscuro en sitios con dosel, sugiriendo que las diferencias en el hábitat son una mayor fuente de seseo que el error observador. Rynchops niger fue el único tipo de modelo que fue imperfectamente detectado en las islas costeras, un resultado sorpresivo dado el color contrastante de su plumaje con la arena y el substrato de anidación a base de conchas. Nuestros resultados indican que los monitoreos fotográficos derivados de UAS estan sujetos a bajas probabilidades de detección donde la vegetacion obstruye la visual de los nidos. En hábitats sin dosel, sin embargo, los monitoreos utilizando UAS son prometedores para obtener conteos precisos de gaviotas y garzas blancas y oscuras.