Αναγνώριση μαγκρόβιων ειδών: Συγκρίνοντας εικόνες WorldView-2 αεροφωτογραφίες
Από RemoteSensing Wiki
Αντικείμενο Μελέτης
Τα μαγκρόβια δάση είναι ανθεκτικά στο αλάτι και δημιουργούν οικοσυστήματα ξηράς-ωκεανών. Βρίσκονται στις ζώνες παλίρροιας των θαλάσσιων, παράκτιων οικοσυστημάτων ή σε εκβολές ποταμών, σε 124 τροπικές και υπο-τροπικές χώρες και περιοχές. Τα μαγκρόβια δάση είναι ένα σημαντικό οικοσύστημα για τη διατήρηση της βιοποικιλότητας και επίσης παρέχει άμεσα και έμμεσα οφέλη για την ανθρώπινη δραστηριότητα. Τα δάση αυτά έχουν αναγνωριστεί ως ένα από τα πιο απειλούμενα οικοσυστήματα του κόσμου. Η υποβάθμιση και εκκαθάριση των μαγκρόβιων οικοσυστημάτων συμβαίνει σε παγκόσμια κλίμακα λόγω της αστικοποίησης, της αύξησης του πληθυσμού, της εκτροπής των υδάτων, της υδατοκαλλιέργειας, καθώς και την κατασκευή λιμνοθαλασσών. Στα μαγκρόβια δάση είναι συχνά πολύ δύσκολη η πρόσβαση για τους σκοπούς της εκτεταμένης δειγματοληψίας πεδίου, ως εκ τούτου, τηλεπισκοπικά δεδομένα έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στη χαρτογράφηση, αξιολόγηση και παρακολούθησή τους.
Περιοχή Μελέτης
Αυτή η μελέτη επικεντρώθηκε σε ένα μαγκρόβιο δάσος μέσα σε ένα μικρό παράκτιο ρευματικό σύστημα: το ρέμα Rapid Creek στην πόλη του Ντάργουιν στην Αυστραλία (Σχήμα 1). Βρίσκεται στη βόρεια δυτική ακτογραμμή της Βόρειας Επικράτειας (Northern Territory) και επικεντρώνεται σε γεωγραφικό πλάτος 12 ° 22'S, και το γεωγραφικό μήκος 130 ° 51'E. Αυτή η περιοχή αντιπροσωπεύει σχετικά ποικίλες, χωρικά πολύπλοκες, και κοινές κοινότητες μαγκρόβιων της Βόρειας Επικράτειας της Αυστραλίας, και είναι μια από τις πιο προσβάσιμες περιοχές για επιτόπια έρευνα. Η εναέρια έκταση της περιοχής μελέτης φαίνεται στο Σχήμα 1 και είναι περίπου 400 εκτάρια. Σύμφωνα με την κατάταξη μαγκρόβιων των Brocklehurst και Edmeades, τα είδη Avicennia marina και Ceriops tagal είναι τα πιο κυρίαρχα στην περιοχή αυτή. Με βάση την πιο πρόσφατη μελέτη της Ferwerda et al., υπάρχουν κάποια άλλα είδη, όπως Bruguiera exaristata, Lumnitzera racemosa, Rhizophora stylosa, και Aegialitis annulata μαγκρόβιο δάσος του ρεύματος Rapid Creek. Ωστόσο, σαφή όρια των μεμονωμένων ειδών σε αυτήν την περιοχή δεν έχουν οριοθετηθεί από οποιαδήποτε προηγούμενη μελέτη.
Δεδομένα Πεδίου
Τα δεδομένα πεδίου συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια Ιαν-Απρ 2013, στο μαγκρόβιο δάσος Rapid Creek. Μετά την παρατήρηση των μαγκρόβιων ζωνών που είναι ορατές στην εικόνα WorldView2, ένα τυχαίο σχέδιο δειγματοληψίας επιλέχθηκε για την αναγνώριση των ειδών. Το δείγμα ορίστηκε ως μια ομοιογενής περιοχή τουλάχιστον 4 m2, το οποίο είναι τουλάχιστον 16 pixel στην εικόνα WorldView2. Οι συντεταγμένες αυτών των πολυγώνων δειγμάτων και τα διαθέσιμα είδη καταγράφηκαν χρησιμοποιώντας μια μη-διαφορικά διορθωμένο Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης (GPS).
Τηλεπισκοπικά δεδομένα
Μια δορυφορική εικόνα WV2 επιλέχθηκε ως η κύρια πηγή δεδομένων εικόνας για την παρούσα μελέτη. Καθώς ο αισθητήρας παράγει εικόνες με υψηλή φασματική και χωρική ανάλυση, η WV2 είναι μια ιδανική λύση για τις μελέτες της βλάστησης και των φυτών. Η εικόνα αποκτήθηκε στις 5 Ιουνίου του 2010, με 8 πολυφασματικά κανάλια με 2,0 m χωρική ανάλυση και ένα παγχρωματικό κανάλι με 0,5 m χωρική ανάλυση. Για να συγκρίνουμε αυτή την εργασία με δεδομένα τηλεπισκόπησης υψηλότερης χωρική ανάλυση, χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες, που αποκτήθηκαν στις 7 Ιουνίου 2010, χρησιμοποιώντας μια ψηφιακή φωτογραφική μηχανή UltraCamD. Η ορθο-φωτογραφία της περιοχής δημιουργήθηκε για να επιτευχθεί μια γεωμετρικά και τοπογραφικά διορθωμένη εικόνα με μια προκύπτουσα ανάλυση 14 cm για περαιτέρω μελέτες. Για να συγκριθούν άμεσα με WV2 εικόνες, δημιουργήθηκε άλλη μια ορθο-φωτογραφία με μέγεθος pixel 0.5m.
Ταξινόμηση εικόνας
Η ταξινόμηση της εικόνας WV2 και τα εναέρια δεδομένα έγινε σε δύο στάδια. Πρώτον, μαγκρόβια και μη δέντρα χωρίστηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό eCognition Developer 8.7. Στη συνέχεια, η ταξινόμηση εξευγενίστηκε να διακρίνει μαγκρ’οβια σε επίπεδο είδους χρησιμοποιώντας το λογισμικό ENVI 5.0. Η διαδικασία εφαρμόστηκε σε δύο σύνολα WV2 εικόνων: η πρώτη WV2 εικόνα με χωρική ανάλυση 2m (χωρίς pan-sharpening) και η άλλη με χωρική ανάλυση 0,5 m (με pan-sharpening), και δύο σύνολα ορθο -φωτογραφιών: η πρώτη με χωρική ανάλυση 0,14 m (AP0.14M) και η άλλη με χωρική ανάλυση 0,5 m (AP0.5M). Το Σχήμα 2 δείχνει το γενικό διάγραμμα ροής εργασίας για τη μελέτη αυτή.Για να διαχωρίσουμε τα μαγκρόβια από άλλα χαρακτηριστικά, χρησιμοποιήθηκε ανάλυση εικόνας που βασίζεται σε αντικείμενο (OBIA). Η OBIA βασίζεται στην τμηματοποίηση, το οποίο διαχωρίζει την εικόνα σε αντικείμενα ή ομάδες pixel με νόημα, χωρική συνέχεια και φασματική ομοιογένεια.
Αποτελέσματα
Η ανάλυση των φασματικών προφίλ στην παράκτια περιοχή Rapid Creek ήταν το κλειδί για τη θέσπιση ειδικών κανόνων τάξεων για την OBIA (Σχήμα 3).Τα κτίρια, το έδαφος, οι ελώδεις περιοχές και το νερό έδειξε έντονο διακριτικό φασματικό προφίλ σε σύγκριση με άλλα χαρακτηριστικά. Τα είδη μαγκρόβιων είναι κυρίως διαχωρίσιμα εντός του εύρους μηκών κύματος 478,3 nm και 832,9 nm, με την εξαίρεση των Sonneratia alba, ενώ το φασματικό προφίλ Avicennia marina γενικά είναι πιο διακριτό από άλλα είδη σε ένα ευρύτερο φάσμα. Το Σχήμα 4 δείχνει το χάρτη με τα μαγκρόβια είδη.
Συμπεράσματα
Αυτή η μελέτη συνέκρινε αεροφωτογραφίες υψηλής χωρικής ανάλυσης με δορυφορικά δεδομένα τηλεπισκόπησης για τους σκοπούς της διάκρισης των ειδών μαγκρόβια σε δύο στάδια. Η μελέτη έδειξε ότι ένας μεγάλος αριθμός των φασματικών ζωνών με υψηλότερη χωρική ανάλυση (pan-sharpened WV2 εικόνα) ήταν πιο ακριβές από τις ευρείς φασματικές ζώνες εντός των μπλε, πράσινων και κόκκινων περιοχών, για την διάκριση μαγκρόβιων από άλλα χαρακτηριστικά σε μια εικόνα. Επιπλέον, τα ευρήματά μας δείχνουν ότι, χρησιμοποιώντας έναν βαθμονομημένο, υψηλής ραδιομετρικής ανάλυσης αισθητήρα, όπως ο WV2 επιτρέπει μεγαλύτερη αυτοματοποίηση ταξινόμησης με μειωμένη χειροκίνητη επεξεργασία.
