Αξιολόγηση μεγάλης κλίμακας μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης των οικοσυστημάτων των υφάλων της Νέας Καληδονίας με τη χρήση εικόνων Landsat 7 ETM+

Από RemoteSensing Wiki

Αξιολόγηση μεγάλης κλίμακας μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης των οικοσυστημάτων των υφάλων της Νέας Καληδονίας με τη χρήση εικόνων Landsat 7 ETM+

Evaluation of large-scale unsupervised classification of New Caledonia reef ecosystems using Landsat 7 ETM+ imagery
Guénolé Bouvet, Jocelyne Ferraris, Serge Andréfouët  ,Oceanologica Acta, Volume 26, Issue 3, June 2003, Pages 281-290 [8]

Περίληψη

Η ικανότητα του αισθητήρα Landsat 7 ETM+[9] να ταξινομήσει τα ρηχά βενθικά[10] οικοσυστήματα της Νέας Καληδονίας (νότιος Ειρηνικός)[11], εξετάζεται χρησιμοποιώντας μια νέα μέθοδο μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Οι τάξεις καθορίζονται με τη χρήση ενός συνόλου κανόνων πολλαπλών φασματικών αποφάσεων βασισμένων στα φασματικά κανάλια της εικόνας. Ένα γενικό μοντέλο εφαρμόζεται σε ολόκληρη την νοτιοδυτική λιμνοθάλασσα (5500km2) και εξετάζεται σε τρεις αντιπροσωπευτικές τοποθεσίες: ένα τμήμα του κοραλλιογενούς υφάλου[12], ένα επίπεδο αμμώδες νησί πλούσιο σε κοράλλια και ένα αμμώδες επίπεδο νησί πλούσιο σε άλγη και θαλάσσια λιβάδια. Στην τελευταία περιοχή, τα αποτελέσματα της ταξινόμησης συγκρίνονται με ένα τοπικά βελτιωμένο μοντέλο, με έγχρωμες αεροφωτογραφίες και εκτεταμένες επίγειες παρατηρήσεις. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι μια αναγνώριση των βασικών βενθικών βιοτόπων στις ρηχές περιοχές (<5m) είναι δυνατή σε γεωμορφολογική κλίμακα για τη δομή των κοραλλιογενών υφάλων και σε κλίμακα βιοτόπου για τα θαλάσσια λιβάδια.

Εισαγωγή

Η βαριά ανθρωπογενής πίεση κατά μήκος των ακτών της Ινδό-Ειρηνικής περιοχής απειλεί σοβαρά τα παράκτια θαλάσσια οικοσυστήματα και οδηγεί σε μια γρήγορη υποβάθμιση και απώλεια του εύθραυστου βιόκοσμου, όπως οι κοραλλιογενείς ύφαλοι και τα θαλάσσια λιβάδια. Επιπλέον, μια κλιματική αλλαγή παγκόσμιας κλίμακας φαίνεται να οδηγεί σε νέες απειλές, ακόμη και για τα παρθένα οικοσυστήματα που δεν επιδρά άμεσα ο ανθρώπινος παράγοντας. Επομένως, μεγάλης κλίμακας ποσοτικές εκτιμήσεις απαιτούνται επειγόντως για να καθιερώσουν γρήγορα και με ακρίβεια την θέση και κατάσταση αυτών των κρίσιμων θαλάσσιων οικοσυστημάτων, με σκοπό την παρακολούθηση των γενικών τάσεων και τη διάκριση μεταξύ των ανθρώπινων επιδράσεων και των φυσικών παραγόντων. Οι μακροπρόθεσμοι στόχοι μας είναι η χαρτογράφηση των διαμερισμάτων των υφάλων της νοτιοδυτικής λιμνοθάλασσας της Νέας Καληδονίας χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα Landsat 7 ETM+[13]. Μέχρι στιγμής, αυτή η μελέτη είναι μια από τις πολύ λίγες που χρησιμοποίησαν Landsat ETM+ δεδομένα για μεγάλης κλίμακας αξιολόγηση των ρηχών θαλάσσιων κοινοτήτων σε περιβάλλοντα κοραλλιογενών υφάλων. Περιορίζουμε αυτή τη μελέτη στα διαμερίσματα υφάλων και πλαγιές μεγίστου βάθους περίπου 5 μέτρων. Δεδομένου ότι λίγα στοιχεία υπάρχουν για αυτά τα διαμερίσματα υφάλων, χρησιμοποιούμε μόνο μη επιβλεπόμενες τεχνικές και ραδιομετρικά κριτήρια για την ομαδοποίηση των pixel. Το παρόν έγγραφο στοχεύει να επανεξετάσει αυστηρά την μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση τριών διαφορετικών περιοχών που είναι αντιπροσωπευτικές της νοτιοδυτικής λιμνοθάλασσας. Επομένως αυτή η μελέτη παρέχει: (1) μια από τις πρώτες αξιολογήσεις ETM+ δεδομένων για μεγάλης κλίμακας παράκτια μελέτη και (2) ένα σχέδιο ταξινόμησης για τη χαρτογράφηση των διαμερισμάτων υφάλων της Νέας Καληδονίας[14].

Περιοχή Μελέτης - Μέθοδοι

Η νοτιοδυτική λιμνοθάλασσα της Νέας Καληδονίας εκτείνεται πάνω από 5500 km2 , με μέσο βάθος 17,5 μέτρα. Πολλά αμμώδη κοραλλιογενή νησιά είναι παρόντα στη λιμνοθάλασσα και συνδέονται με μεγάλα ρηχά επίπεδα. Δυο πειραματικές περιοχές αντιπροσωπευτικές της μορφολογίας των κοραλλιογενών νησιών εξετάστηκαν σε αυτή τη μελέτη. Και οι δυο περιοχές παρουσιάζουν εκτενείς και υγιείς πληθυσμούς κοραλλιών. Για τη μελέτη αυτή χρησιμοποιήθηκε μια εικόνα ETM+ που αποκτήθηκε στις 11 Αυγούστου 1999. Η εικόνα καλύπτει μια περιοχή 180x180 km και περιλαμβάνει ένα μεγάλο μέρος του νότιου συστήματος λιμνοθαλασσών και σκοπέλων της Νέας Καληδονίας. Η ΕΤΜ+ εικόνα παρείχε τέσσερα φασματικά κανάλια σχετικά για υποβρύχιους στόχους (ΕΤΜ+ 1-4), με ανάλυση δεδομένων 30m. Τα δεδομένα ΕΤΜ+ συμπληρώθηκαν με μια συλλογή από χαμηλού υψομέτρου εναέριων ορθοφωτογραφιών διαφόρων διαμερισμάτων υφάλων με υψηλή ανάλυση (ανάλυση 2m). Η ΕΤΜ+ εικόνα εισήχθη σε ένα λογισμικό GIS[15] που ονομάζεται Savane το οποίο χρησιμοποιείται για να συγχωνεύσει τα τηλεπισκοπικά δεδομένα με μια γεωγραφική βάση δεδομένων που ονομάζεται LagonNC. Η ταξινόμηση των ραδιομετρικών στοιχείων επιτεύχθηκε με το στατιστικό πακέτο SPADN.
Η επεξεργασία των ΕΤΜ+ δεδομένων περιορίστηκε από την αρχική έλλειψη πληροφοριών σχετικά με τη δομή και τη σύνθεση των οικοσυστημάτων υφάλων σε όλη τη λιμνοθάλασσα.
Η προσέγγιση είναι μια διαδικασία 4 σταδίων όπως συνοψίζεται στο σχήμα 1. Ένα μεγάλο σύνολο από pixels (περισσότερα από 200.000) από 9 αντιπροσωπευτικές περιοχές της λιμνοθάλασσας χρησιμοποιήθηκε για να ερευνηθεί η φασματική μεταβλητότητα της νοτιοδυτικής περιοχής της λιμνοθάλασσας. Η στρατηγική ταξινόμησης φαίνεται αναλυτικά παρακάτω: 1. Χειροτονία: Μια Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών (PCA) εφαρμόστηκε στα κανάλια 1-4. Στα ακόλουθα βήματα χρησιμοποιούνται μόνο οι τρεις κύριοι άξονες που συνοψίζουν το σημαντικότερο μέρος της συνολικής διακύμανσης. 2. Διχοτόμηση: Ένας αλγόριθμος διχοτόμησης κινούμενων κέντρων εφαρμόζεται δυο φορές χρησιμοποιώντας δυο σύνολα 10 τυχαίων αρχικών κέντρων. Οι υπολογισμοί εκτελούνται στις συντεταγμένες των ατόμων στους τρίτους κύριους άξονες της ανάλυσης κυρίων συνιστωσών PCA. Τα pixel ανατίθενται στο πιο παρόμοιο κέντρο. Με την κατάταξη των δυο προκυπτόντων χωρισμάτων στη διαγώνιο πίνακα, κάποιο μπορεί να προσδιορίσει τα σταθερά pixel που συγκεντρώνονται και στα δυο χωρίσματα. Αυτές οι σταθερές ομάδες αθροίζονται ανά ζεύγη χρησιμοποιώντας έναν ιεραρχικό αλγόριθμο συσσώρευσης (HCA) με το κριτήριο της ελάχιστης διακύμανσης του Ward (Ward,1963), το οποίο σε κάθε βήμα, ελαχιστοποιεί τη διακύμανση μέσα στις συσσωρεύσεις και μεγιστοποιεί τη διακύμανση μεταξύ τω συσσωρεύσεων. Οι ασυνέχειες στο κριτήριο της συνάθροισης υπογραμμίζουν τα διαδοχικά βέλτιστα χωρίσματα με k τάξεις. Κρατάμε το πρώτο βέλτιστο χώρισμα με τουλάχιστον 10 τάξεις για να πάρουμε έναν αριθμό τάξεων όχι πολύ υψηλό, αλλά ικανοποιητικό να συλλάβει τους διάφορους κύριους βιοτόπους υφάλων. Για να παγιώσει το χώρισμα, ένας τελικός αλγόριθμος κινούμενων κέντρων εφαρμόζεται, αλλά αντί μιας τυχαίας επιλογής 10 αρχικών κέντρων χρησιμοποιούμε τα κέντρα k των k τάξεων για να αρχίσουμε τη διαδικασία. Σε αυτή τη φάση η μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση είχε τελειώσει. Μετά από την επιτόπια έρευνα, μια τελική επιβλεπόμενη διαδικασία διεξάγεται χρησιμοποιώντας τους κανόνες απόφασης που εξαρτώνται από τον τύπο του επιλεγμένου αλγορίθμου (Μεγίστης Πιθανοφάνειας, Απόστασης Mahalanobis, Ελάχιστης Απόστασης..) και τα επαρκή στατιστικά παραμετροποίησης των τάξεων. 3. Διάκριση: Η βελτιστοποιημένη κατανομή που λαμβάνεται στο στάδιο 2 υποβάλλεται σε μια κατάτμηση (ή διάκριση) βασισμένη στις αρχικές μεταβλητές, δηλαδή τα ραδιομετρικά κανάλια ΕΤΜ+ 1-4 και όχι τα PCA-παραγόμενα νέο-κανάλια. Ακολουθούμε τον αλγόριθμο ταξινόμησης και δέντρο παλινδρόμησης (CART). Αυτή η κατάτμηση χωρίζει ιεραρχικά τον αρχικό πληθυσμό των pixel σε μικρά τμήματα (child segments). Τα δυο θυγατρικά τμήματα πρέπει να είναι πιο ομοιογενή από το μητρικό, αλλιώς η διαδικασία σταματά. Το αποτέλεσμα είναι μια ακολουθία Νc τμημάτων για κάθε τάξη c. Οι στατιστικές παράμετροι κάθε τμήματος χρησιμοποιούνται έπειτα, ως κανόνες απόφασης για να αναθέσουν ένα pixel σε ένα από τα τμήματα (μετά σε μια τάξη). Εδώ χρησιμοποιήσαμε ένα κριτήριο παρόμοιο με αυτό του αλγορίθμου της Απόστασης Παραλληλεπιπέδων (Jensen,1996), δηλαδή ένα τμήμα καθορίζεται από τα χαμηλότερα και ανώτερα φασματικά του όρια, DNminJ και DNmaxJ , στο κάθε ΕΤΜ+ κανάλι j. Ένα pixel p ανήκει στο τμήμα S (και αντίστοιχη τάξη c) αν DNminJ (S) ≤ DNJ(p) ≤ DNmaxJ(S), με j=1,2,3,4. Έτσι οι κανόνες ταξινόμησης εξαρτώνται από τις ψηφιακές αριθμήσεις (DN) των διαφορετικών φασματικών καναλιών. 4. Επικύρωση: Το σύνολο των κανόνων απόφασης που λήφθηκαν από 9 αντιπροσωπευτικές περιοχές καθόρισε αυτό που καλούμε ως Μοντέλο Ι. Το μοντέλο δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας 200.000 pixels από όλο το εύρος της λιμνοθάλασσας, αλλά δεν περιέλαβε τις περιοχές δοκιμής και τους υφάλους Maitre, Signal και Αbore. Για να εκτιμηθεί η σχετικότητα αυτού του σφαιρικού μοντέλου, ακολουθήσαμε δυο προσεγγίσεις (σχήμα 2). Πρώτα δημιουργήσαμε ένα βελτιστοποιημένο μοντέλο χρησιμοποιώντας την ίδια διαδικασία που περιγράφηκε προηγουμένως, αλλά σε τοπική κλίμακα σε μια περιοχή (τον ύφαλο Maitre). Αξιολογήσαμε την τελική ταξινόμηση χρησιμοποιώντας εναέριες ορθοφωτογραφίες και πραγματικά δεδομένα εδάφους. Εργαλεία GIS χρησιμοποιήθηκαν για να συναθροίσουν τα τμήματα, τις τάξεις συγχώνευσης και τους επίγειους σταθμούς, τη λήψη στατιστικών στοιχείων ανά κατηγορία, την διερεύνηση DN του κάθε pixel και των στοιχείων εξόδου. Αυτό το Μοντέλο ΙΙ συγκρίθηκε με το Μοντέλο Ι για το ίδιο σύνολο pixel των διαμερισμάτων υφάλων Maitre. Έπειτα, η σύνθεση των τάξεων και των τμημάτων που προσδιορίστηκαν με τους κανόνες απόφασης του Μοντέλου Ι για τους υφάλους Maitre, Signal και Abore συγκρίθηκε μεταξύ κάθε περιοχής για να προσδιορίσει πιθανές συγχύσεις μεταξύ των βενθικών βιοτόπων.

Σχήμα 1 : Διάγραμμα ροής για μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση / κατάτμηση των εικόνων Landsat. Τα ορθογώνια κουτιά αναφέρονται σε αντικείμενα, ενώ οι ρόμβοι αναφέρονται σε ενέργειες.[1]πηγή

Σχήμα 2 : Διάγραμμα ροής για την επικύρωση μεγάλης κλίμακας μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης βασισμένης στο γενικό μοντέλο. [2]πηγή

Λεπτομερής επιτόπια έρευνα διεξήχθη για το διαμέρισμα υφάλων Maitre τον Αύγουστο του 2000. Η επιτόπια έρευνα προέκυψε μετά την μη επιβλεπόμενη επεξεργασία της εικόνας ΕΤΜ+. Για να ταξινομήσουμε το υπόστρωμα ακολουθήσαμε μια απλή τυπολογία (άμμος, θαλάσσια βλάστηση, χαλίκια, άλγη, κοράλλι, ετερογενές) εμπνευσμένη από άλλα σχέδια ταξινόμησης άλλων τροπικών περιοχών κοραλλιογενών υφάλων. Μια δεύτερη επιχείρηση υπαίθρου έγινε τον Δεκέμβριο του 2001 και τον Ιανουάριο του 2002 για να προσδιορίσει τις κοινότητες των μακρόφυτων και της θαλάσσιας βλάστησης και για να αξιολογήσει την ακρίβεια των τάξεων που προσδιορίστηκαν στους υφάλους Maitre, Signal και Αbore.

Αποτελέσματα

Το Μοντέλο Ι διαμορφώθηκε με περισσότερα από 200.000 pixels από 9 περιοχές που αντιστοιχούν σε διαφορετικές λιμνοθαλάσσιες ζώνες, σε όλη τη νοτιοδυτική λιμνοθάλασσα. Υπενθυμίζουμε ότι οι ύφαλοι Maitre, Signal και Abore δεν έχουν συμπεριληφθεί στις περιοχές δοκιμής. Οι πρώτοι τρεις άξονες της PCA ερμήνευσαν το 98.2% (49, 28.3 και 20.9% αντίστοιχα) της συνολικής διακύμανσης. Ο τελευταίος άξονας ερμήνευσε το 1.8%. Η κατάτμηση και η τμηματοποίηση παρείχαν 11 τάξεις που χωρίστηκαν σε 68 τμήματα. Ένα ή μερικά κυρίαρχα τμήματα περιέγραψαν γενικά κάθε κλάση. Για τον ύφαλο Maitre, οι κανόνες απόφασης από το Μοντέλο Ι παρείχαν 10 τάξεις, με 8 σχετικές τάξεις (Κ1-Κ8) που βρίσκονται στο επίπεδο τμήμα και τις πλαγιές του υφάλου (εικόνα 1). Σε σύγκριση, το Μοντέλο ΙΙ που βελτιστοποιήθηκε για τον Μaitre, περιέγραψε τα επίπεδα και τις πλαγίες του υφάλου σε 7 σχετικές τάξεις (C1-C7) χωρισμένες σε 58 τμήματα. Σε αντίθεση με το Μοντέλο Ι, οι πρώτοι τρεις άξονες της ανάλυσης κυρίων συνιστωσών PCA ερμήνευσαν 72.8 , 23.9 και 2.6% της συνολικής διακύμανσης, αντίστοιχα. Η υψηλή διακύμανση που ερμηνεύθηκε από τον πρώτο άξονα επιβεβαίωσε ότι ένας ύφαλος μόνος του ήταν φασματικά πιο ομοιογενής από τον συνδυασμό των πολλών διαφορετικών υφάλων που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή του Μοντέλου Ι. Γενικά, τα χωρικά πρότυπα που είναι ορατά στο επίπεδο τμήμα του υφάλου Maitre χρησιμοποιώντας το Μοντέλο Ι και το Μοντέλο ΙΙ ταυτίζονταν (εικόνα 1) με ορισμένες παραλλαγές.

Εικόνα 1 : Σύγκριση των ταξινομήσεων του νησιδίου Maitre που λαμβάνεται από το σφαιρικό Μοντέλο Ι (επάνω) και το τοπικό Μοντέλο ΙΙ (κάτω).[3]πηγή

Ρηχοί αμμώδης πυθμένες αντιστοιχούσαν στη τάξη C1 στο Μοντέλο ΙΙ και στις τάξεις Κ1 και Κ2 στο Μοντέλο Ι, με μέσο βάθος 0.7 m. Ένα παρόμοιο μέσο βάθος βρέθηκε επίσης για άλλες ρηχές τάξεις, δηλαδή C2, C3, C4 και C7 στο Μοντέλο ΙΙ και Κ3, Κ4, Κ5 και Κ8 στο Μοντέλο Ι. Κάθε βαθιά τάξη (C5-C6, K6-K7) ενσωμάτωσε αμμώδη κανάλια, ζώνες κοραλλιών και ετερογενείς περιοχές (από απομονωμένες αποικίες κοραλλιών και μπαλώματα, θαλάσσια βλάστηση, χαλίκια και άλγη), αλλά το Μοντέλο ΙΙ παρείχε αποτελέσματα πολύ λιγότερο θορυβώδη από το Μοντέλο Ι (εικόνα 1). Κανένα από τα μοντέλα δεν διαχώρισε με σαφήνεια την ζώνη χαλικιών στην περιφέρεια των διαμερισμάτων υφάλου. Οι τάξεις C2, C3 και C4 στο Μοντέλο ΙΙ (αντίστοιχα Κ3, Κ4 και Κ5 στο Μοντέλο Ι) χαρακτήρισαν καλά τη διαβάθμιση των πυκνοτήτων της θαλάσσιας βλάστησης όπως αποδεικνύεται από τις επικαλύψεις των πραγματικών επίγειων δεδομένων, των αεροφωτογραφιών και των αποτελεσμάτων της ταξινόμησης (εικόνες 2 και 3) Για να εκτιμηθεί η ακρίβεια για το μοντέλο υφάλων Maitre, συγκρίναμε τα αποτελέσματα με υψηλότερης ανάλυσης αεροφωτογραφίες που ταξινομήθηκαν με φωτοερμηνεία. Ως μέτρο ακρίβειας, αναφέραμε την αναλογία μεταξύ των σωστά ταξινομημένων περιοχών και της συνολικής επιφάνειας του υφάλου. Λεπτομέρειες παρέχονται στον πίνακα 1. Η συμφωνία για το Μοντέλο Ι είναι 0.688. Η αεροφωτογραφία και το Μοντέλο Ι παρείχαν πολύ παρόμοια όρια τάξης (εικόνα 2), παρόλο που δεν ταίριαξαν απόλυτα σε ορισμένες περιπτώσεις. Υπό τέτοιες συνθήκες, μια ακρίβεια 0.688 είναι ικανοποιητική.

Εικόνα 2 : Τοποθεσίες των τάξεων C1 (καθαρός αμμώδης πυθμένας), C2 (πολύ διάχυτη θαλάσσια βλάστηση), C3 (διάχυτη θαλάσσια βλάστηση) και C4 (πυκνή θαλάσσια βλάστηση ή φυκώδη λιβάδια ) που αποκτήθηκε με το Μοντέλο ΙΙ για το επίπεδο υφάλων Μaitre. Η ακρίβεια των ορίων παρέχεται σε σύγκριση με αεροφωτογραφία και επίγεια πραγματικότητα που επικυρώνουν την παρουσία των διαφορετικών τύπων πυθμένα.[4]πηγή

Όσον αφόρα τον ύφαλο Abore, το Μοντέλο Ι αποκάλυψε χωρικά πρότυπα σύμφωνα με τη δομή των κοραλλιογενών υφάλων (εικόνα 4). Η χωρική ρύθμιση μεταξύ των τάξεων παρείχε καλά την γεωμορφολογική διαδοχή από την ιζηματογενή εσωτερική κλίση μεταξύ 3 και 7m (κυρίως Κ3), τα ρηχά (<2m) πλούσια σε κοράλλια επίπεδα υφάλων (Κ4 και Κ5) και εξωτερική κλίση (μέχρι 7-10m). Ο ύφαλος Signal χαρακτηρίστηκε από ένα επίπεδο υφάλου με ζωντανές και νεκρές κοινότητες κοραλλιών και φυκιών. Το Μοντέλο Ι έδωσε καλά αποτελέσματα και διαστρωματώσεις (δεν παρουσιάζονται), αν και, όπως και στο επίπεδο υφάλων Maitre, η κορυφογραμμή χαλικιών δεν εμφανίστηκε διαχωρισμένη. Οι Κ7, Κ5, Κ4/Κ3 και Κ2/Κ1 αντιστοιχούσαν κατά κύριο λόγο σε ζώνες με υψηλή κάλυψη ζωντανών κοραλλιών, ζώνες φυκιών και αμμώδεις ζώνες, αντίστοιχα. Η Κ3 και Κ4 απεικόνισε τις διαφορετικές πυκνότητες της φυκώδους κάλυψης.

Εικόνα 3 : Επικαλύψεις των πραγματικών επίγειων στοιχείων, της αεροφωτογραφίας και της τάξης C4 που εξήχθησαν από το Μοντέλο ΙΙ. Η πυκνότητα μακροφύτων εκφράζεται σε μια 5-επιπέδων ποιοτική κλίμακα: η πυκνότητα “0” αντιστοιχεί σε πυθμένα χωρίς μακρόφυτα, η πυκνότητα “4” αντιστοιχεί σε πυθμένα που καλύπτεται εξολοκλήρου από φυτά.  Η πυκνότητα που υπολογίζεται με τα εργαλεία GIS στην κλάση C4 είναι περίπου 3 και αντιστοιχεί στην κλάση της πυκνή θαλάσσιας βλάστησης και φυκώδη λιβάδια.[5]πηγή

Εικόνα 4 :Αποτέλεσμα της ταξινόμησης της περιοχής υφάλων Abore με το σφαιρικό Μοντέλο Ι: η χωρική ρύθμιση μεταξύ των τάξεων απεικόνισε τη γεωμορφολογική διαδοχή από την ιζηματώδη εσωτερική κλίση στο εύρος 7-3m (κυρίως K3), τα ρηχά (< 2 μ) πλούσια σε κοράλλια επίπεδα υφάλων (K4 και K5), και εξωτερική κλίση (μέχρι 7-10m).[6]πηγή

Συνολικά, οι χωρικές διαστρωματώσεις ήταν σωστές στις τρεις περιοχές (Maitre, Signal και Abore). Ωστόσο, η ίδια τάξη μπορούσε να περιέχει διαφορετικούς τύπους πυθμένα. Αυτή η σύγχυση εξηγείται φυσικά από την μη επιβλεπόμενη προσέγγιση που εφαρμόστηκε για να δημιουργηθεί ένα μοντέλο συμπεριλαμβανομένων όλων των σχηματισμών υφάλων στη νοτιοδυτική λιμνοθάλασσα, από την παρόμοια οπτική υπογραφή αυτών των τύπων πυθμένα και από το εύρος του βάθους σε κάθε περιοχή. Έτσι φαίνεται ότι το τοπικά βελτιστοποιημένο μοντέλο (Μοντέλο ΙΙ) μπορεί να μην εκτελέσει σημαντικά καλύτερα από το γενικό μοντέλο (Μοντέλο Ι). Σε αρκετές περιπτώσεις, η σύγχυση ανάμεσα σε δυο διαφορετικούς τύπους πυθμένα που συγχωνεύθηκαν στην ίδια τάξη μπορεί να εξηγηθεί στο επίπεδο των τμημάτων. Για παράδειγμα, η τάξη Κ3 στο Μοντέλο Ι κατασκευάσθηκε από δύο τμήματα. Ένα από τα τμήματα (το Νο 2, μαύρο, εικόνα 5) συγκέντρωσε pixels από τις ζώνες χαλικιών/άμμου του υφάλου Abore, ενώ το άλλο τμήμα (Νο 1, άσπρο, εικόνα 5) συγκέντρωσε pixels από τη ρηχή διάχυτη θαλάσσια βλάστηση στα διαμερίσματα υφάλων Maitre και Signal (εικόνα 5). Ο πίνακας 3. παρουσιάζει τους κανόνες απόφασης των δυο αυτών τμημάτων. Το τμήμα 1 αντιπροσωπεύει το 89% του Κ3 στον ύφαλο Maitre, λιγότερο από 71% στον ύφαλο Signal και μόνο 2% στον ύφαλο Abore. Δημιουργήθηκαν για να επιτρέψουν κάποια ευελιξία στον τύπο κάλυψης μέσα σε μια τάξη, αλλά στην περίπτωση μιας πραγματικής θεματικής σύγχυσης μέσα σε μια τάξη, είναι τότε δυνατόν να ανακατανείμουν ένα λανθασμένα ταξινομημένο τμήμα στη σωστή τάξη.

Εικόνα 5 : Θέση των τμημάτων № 1 (λευκό) και № 2 ( μαύρο) από την τάξη K3, στον Maitre, Abore και Signal. Το τμήμα № 2 συνέλεξε pixel από τις ζώνες χαλικιών/άμμου του υφάλου Abore, ενώ το τμήμα №1 συνέλεξε τα pixel από τη ρηχή διάχυτη θαλάσσια βλάστηση στα διαμερίσματα Maitre και Signal.[7]πηγή

Η ταξινόμηση μας είναι αρχικά μη επιβλεπόμενη. Έχουμε δείξει ότι αυτή η μη επιβλεπόμενη προσέγγιση παρέχει καλά αποτελέσματα για να καθορίσει περιοχές οπτικά και θεματικά ομοιογενείς μέσα σε ένα ύφαλο, αλλά δεν αντικατοπτρίζει την πραγματική πολυπλοκότητα δεδομένου ότι λαμβάνουμε τάξεις που περιλαμβάνουν πολύ διαφορετικούς τύπους πυθμένα που αναριθμούνται σε διάφορους υφάλους. Εξαιτίας της φασματικής σύγχυσης μεταξύ των διαφορετικών τύπων πυθμένα σε διάφορους σχηματισμούς υφάλων, το μη επιβλεπόμενο μοντέλο χρειάζεται να εξελιχθεί σε επιβλεπόμενο μοντέλο. Τα πιο ενδιαφέροντα αποτελέσματα που επιτεύχθηκαν εδώ λαμβάνονται για τη χαρτογράφηση και τον χαρακτηρισμό των περιοχών θαλάσσιας βλάστησης. Τα ΕΤΜ+ αποτελέσματα της ταξινόμησης στον ύφαλο Maitre, επιδεικνύουν μια εξαιρετική συμφωνία στα χωρικά πρότυπα μεταξύ δεδομένων που αποκτήθηκαν σε πολύ διαφορετική χωρική ανάλυση (εικόνες 2, 3). Τα αποτελέσματα μας, υποδεικνύουν έντονα ότι ο έλεγχος ρηχών θαλάσσιων λιβαδιών χρησιμοποιώντας τηλεπισκοπικά δεδομένα είναι εφικτός στην Νέα Καληδονία.

Συμπεράσματα

Αυτή η μελέτη αποτελεί τη βάση για να σχεδιαστεί ένα αποτελεσματικό εργαλείο για να αξιολογήσει τα ρηχά παράκτια οικοσυστήματα των νερών της Νέας Καληδονίας χρησιμοποιώντας μέτριας ανάλυσης τηλεπισκοπικά δεδομένα γενικότερα και δεδομένα Landsat ΕΤΜ+ ειδικότερα. Είναι μια από τις πρώτες μελέτες που χρησιμοποιεί δεδομένα Landsat ΕΤΜ+ για μεγάλης κλίμακας αξιολόγηση των ρηχών θαλάσσιων κοινοτήτων σε περιβάλλοντα κοραλλιογενών υφάλων. Η εξερεύνηση της μεταβλητότητας της μεγάλης Νοτιοδυτικής λιμνοθάλασσας υπονόησε μια μη επιβλεπόμενη προσέγγιση που αποδείχθηκε αποτελεσματική για την αναγνώριση της θέσης των βασικών βιοτόπων. Το σχέδιο της μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης που παρουσιάζεται εδώ είναι πρότυπο, αφού βασίζεται σε ένα διαδοχικό διαχωρισμό/κατάτμηση που επιτρέπει την καλύτερη ανίχνευση της σύγχυσης μεταξύ των διαφορετικών τύπων βιόκοσμου. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία απαιτεί την τοπική επικύρωση και τη μελλοντική βελτιστοποίηση για την αποφυγή εσφαλμένης ταξινόμησης και τον καθορισμό επακριβώς των διάφορων τύπων πυθμένα. Τα πρώτα αποτελέσματα που περιγράφτηκαν εδώ σαφώς δίνουν έμφαση στην μεγάλη δυνατότητα για τον έλεγχο των ρηχών θαλάσσιων λιβαδιών και στη δυνατότητα να χαρτογραφηθεί η γεωμορφολογία του ελάχιστα γνωστού αλλά εκτενούς Καληδονιανού συστήματος κοραλλιογενών υφάλων.