Social media mining as an opportunistic citizen science model in ecological monitoring: a case study using invasive alien species in forest ecosystems.

Dramatische ökologische, ökonomische und soziale Veränderungen bedrohen die Stabilität von Ökosystemen weltweit und stellen zusammen mit neuen Ansprüchen an die vielfältigen Ökosystemdienstleistungen von Wäldern neue Herausforderungen für das forstliche Management und Monitoring dar. Neue Risiken und Gefahren, wie zum Beispiel eingebürgerte invasive Arten (Neobiota), werfen grundsätzliche Fragen hinsichtlich etablierter forstlicher Managementstrategien auf, da diese Strategien auf der Annahme stabiler Ökosysteme basieren. Anpassungsfähige Management- und Monitoringstrategien sind deshalb notwendig, um diese neuen Bedrohungen und Veränderungen frühzeitig zu erkennen. Dies erfordert jedoch ein großflächiges und umfassendes Monitoring, was unter Maßgabe begrenzter Ressourcen nur bedingt möglich ist. Angesichts dieser Herausforderungen haben Forstpraktiker und Wissenschaftler begonnen auch auf die Unterstützung von Freiwilligen in Form sogenannter „Citizen Science“-Projekte (Bürgerwissenschaft) zurückzugreifen, um zusätzliche Informationen zu sammeln und flexibel auf spezifische Fragestellungen reagieren zu können. Mit der allgemeinen Verfügbarkeit des Internets und mobiler Geräte ist in Form sogenannter sozialer Medien zudem eine neue digitale Informationsquelle entstanden. Mittels dieser Technologien übernehmen Nutzer prinzipiell die Funktion von Umweltsensoren und erzeugen indirekt ein ungeheures Volumen allgemein zugänglicher Umgebungs- und Umweltinformationen. Die automatische Analyse von sozialen Medien wie Facebook, Twitter, Wikis oder Blogs, leistet inzwischen wichtige Beiträge zu Bereichen wie dem Monitoring von Infektionskrankheiten, Katastrophenschutz oder der Erkennung von Erdbeben. Anwendungen mit einem ökologischen Bezug existieren jedoch nur vereinzelt, und eine methodische Bearbeitung dieses Anwendungsbereichs fand bisher nicht statt. Unter Anwendung des Mikroblogging-Dienstes Twitter und des Beispiels eingebürgerter invasiver Arten in Waldökosystemen, verfolgt die vorliegende Arbeit eine solche methodische Bearbeitung und Bewertung sozialer Medien im Monitoring von Wäldern. Die automatische Analyse sozialer Medien wird dabei als opportunistisches „Citizen Science“-Modell betrachtet und die verfügbaren Daten, Aktivitäten und Teilnehmer einer vergleichenden Analyse mit existierenden bewusst geplanten „Citizen Science“-Projekten im Umweltmonitoring unterzogen. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass Twitter eine wertvolle Informationsquelle über invasive Arten darstellt und dass soziale Medien im Allgemeinen traditionelle Umweltinformationen ergänzen könnten. Twitter ist eine reichhaltige Quelle von primären Biodiversitätsbeobachtungen, einschließlich solcher zu eingebürgerten invasiven Arten. Zusätzlich kann gezeigt werden, dass die analysierten Twitterinhalte für die untersuchten Arten markante Themen- und Informationsprofile aufweisen, die wichtige Beiträge im Management invasiver Arten leisten können. Allgemein zeigt die Studie, dass einerseits das Potential von „Citizen Science“ im forstlichen Monitoring derzeit nicht ausgeschöpft wird, aber andererseits mit denjenigen Nutzern, die Biodiversitätsbeobachtungen auf Twitter teilen, eine große Zahl von Individuen mit einem Interesse an Umweltbeobachtungen zur Verfügung steht, die auf der Basis ihres dokumentierten Interesses unter Umständen für bewusst geplante „Citizen Science“-Projekte mobilisiert werden könnten. Zusammenfassend dokumentiert diese Studie, dass soziale Medien eine wertvolle Quelle für Umweltinformationen allgemein sind und eine verstärkte Untersuchung verdienen, letztlich mit dem Ziel, operative Systeme zur Unterstützung von Risikobewertungen in Echtzeit zu entwickeln.Major environmental, social and economic changes threatening the resilience of ecosystems world-wide and new demands on a broad range of forest ecosystem services present new challenges for forest management and monitoring. New risks and threats such as invasive alien species imply fundamental challenges for traditional forest management strategies, which have been based on assumptions of permanent ecosystem stability. Adaptive management and monitoring is called for to detect new threats and changes as early as possible, but this requires large-scale monitoring and monitoring resources remain a limiting factor. Accordingly, forest practitioners and scientists have begun to turn to public support in the form of “citizen science” to react flexibly to specific challenges and gather critical information. The emergence of ubiquitous mobile and internet technologies provides a new digital source of information in the form of so-called social media that essentially turns users of these media into environmental sensors and provides an immense volume of publicly accessible, ambient environmental information. Mining social media content, such as Facebook, Twitter, Wikis or Blogs, has been shown to make critical contributions to epidemic disease monitoring, emergency management or earthquake detection. Applications in the ecological domain remain anecdotal and a methodical exploration for this domain is lacking. Using the example of the micro-blogging service Twitter and invasive alien species in forest ecosystems, this study provides a methodical exploration and assessment of social media for forest monitoring. Social media mining is approached as an opportunistic citizen science model and the data, activities and contributors are analyzed in comparison to deliberate ecological citizen science monitoring. The results show that Twitter is a valuable source of information on invasive alien species and that social media in general could be a supplement to traditional monitoring data. Twitter proves to be a rich source of primary biodiversity observations including those of the selected invasive species. In addition, it is shown that Twitter content provides distinctive thematic profiles that relate closely to key characteristics of the explored invasive alien species and provide valuable insights for invasive species management. Furthermore, the study shows that while there are underutilized opportunities for citizen science in forest monitoring, the contributors of biodiversity observations on Twitter show a more than casual interest in this subject and represent a large pool of potential contributors to deliberate citizen science monitoring efforts. In summary, social online media are a valuable source for ecological monitoring information in general and deserve intensified exploration to arrive at operational systems supporting real-time risk assessments

“Anyone Know What Species This Is?” – Twitter Conversations as Embryonic Citizen Science Communities

<div><p>Social media like blogs, micro-blogs or social networks are increasingly being investigated and employed to detect and predict trends for not only social and physical phenomena, but also to capture environmental information. Here we argue that opportunistic biodiversity observations published through Twitter represent one promising and until now unexplored example of such data mining. As we elaborate, it can contribute to real-time information to traditional ecological monitoring programmes including those sourced via citizen science activities. Using Twitter data collected for a generic assessment of social media data in ecological monitoring we investigated a sample of what we denote biodiversity observations with species determination requests (N = 191). These entail images posted as messages on the micro-blog service Twitter. As we show, these frequently trigger conversations leading to taxonomic determinations of those observations. All analysed Tweets were posted with species determination requests, which generated replies for 64% of Tweets, 86% of those contained at least one suggested determination, of which 76% were assessed as correct. All posted observations included or linked to images with the overall image quality categorised as satisfactory or better for 81% of the sample and leading to taxonomic determinations at the species level in 71% of provided determinations. We claim that the original message authors and conversation participants can be viewed as implicit or embryonic citizen science communities which have to offer valuable contributions both as an opportunistic data source in ecological monitoring as well as potential active contributors to citizen science programmes.</p></div

Type of embedded or external media associated with the analysed Tweets and type of reply.

<p>‘Embedded’ media are images that are shown embedded within the Tweet text. External media appeared as URL links to Facebook, Flickr or Instagram in the Tweet text. The share of unanswered Tweets (orange), Tweets receiving replies with (green) and without (blue) suggested taxa is highlighted for each media type.</p

Highest taxonomic detail and choice of terminology (scientific or common names) for provided determinations per conversation.

<p>Highest taxonomic detail and choice of terminology (scientific or common names) for provided determinations per conversation.</p

Connections between different types of determination requesters and providers.

<p>Red circles represent user types requesting and receiving determinations, blue circles user types providing determinations. The size of the circles indicates the frequency of an author type, the size of the edges the frequency with which a particular pairing can be found. The graph was generated with the Gephi (<a href="https://gephi.org/" target="_blank">https://gephi.org</a>) network visualization tool using a Circular network layout.</p

Number of suggested taxa (determinations) per Tweet for Tweets receiving replies and number of conflicting determinations.

<p>The share of Tweets with conflicts and the number of conflicts is indicated with a red colour scale.</p

Number of "On-topic", "Off-topic" and “Undecidable” Tweets and the required information items that contributed to the determination of the topical relevance.

<p>The interpretation basis percentages in each row add up to more than 100% as multiple information items may have contributed to the decision on topical relevance. Linked URLs, user profiles and ensuing conversations were also considered as a potential interpretation basis, but were not required for this dataset.</p