Περιφερειακής κλίμακας χαρτογράφηση βιότοπων φυκιών στην ευρύτερη περιοχή της Καραιβικής που χρησιμοποιεί τους αισθητήρες Landsat (ΙΙ)
Από RemoteSensing Wiki
Περιφερειακής κλίμακας χαρτογράφηση βιότοπων φυκιών στην ευρύτερη περιοχή της Καραϊβικής που χρησιμοποιεί τους αισθητήρες Landsat: Εφαρμογές στη συντήρηση και την οικολογία (ΙΙ)
Colette C. Wabnitz, Serge Andrefouet, Damaris Torres - Pulliza, Frank E. Muller - Karger, Phillip A. Kramer
Remote Sensing of Environment, Vol. 112, 2008
Δεδομένα και Μέθοδοι
Δεδομένα landsat και το Σχέδιο Χιλιετίας για την χαρτογράφηση των κοραλιογενών υφάλων
Το αρχείο Landsat 7 ενισχυμένο θεματικό Mapper συν (ETM+) τις εικόνες που συντάχθηκαν από το MCRMP αποτέλεσε το κύριο σύνολο δεδομένων που χρησιμοποιήθηκε για τη χαρτογράφηση φυκιών σε αυτήν την μελέτη. Οι περισσότερες εικόνες στη βάση δεδομένων αποκτήθηκαν μεταξύ 2000 και 2002. Μια έως έξι εικόνες ήταν διαθέσιμες για τις τεμνόμενες ακτές κάθε σκηνής Landsat (πορεία-σειρά). Όπου τα σύννεφα ήταν επίμονα, αρκετά θεματικό Mapper 5 Landsat (TM) εικόνες, επίκτητες κυρίως στις αρχές του 1990, ήταν επίσης διαθέσιμες (και συχνά χρησιμοποιημένες). Οι εικόνες ήταν όλα που λαμβάνονται ως δείγμα εκ νέου στην προβολή UTMWGS 84, στο χωρικό ψήφισμα 30 μ. Μόνο οι πρώτες τέσσερις ζώνες εξετάστηκαν για την εργασία που παρουσιάστηκε εδώ (μπλε, πράσινος, κόκκινος, και πλησιάστε σε υπέρυθρο).
Για κάθε πορεία-σειρά εικόνας, το MCRMP δημιούργησε τα πολύγωνα που χαρακτηρίζουν και σκιαγραφούν τη γεωμορφολογία κοραλλιογενών υφάλων σύμφωνα με μια τυπολογία που είναι συνολικά σχετική. Οι μεμονωμένες κατηγορίες χιλιετίας συνδέονται εύκολα με ένα δεδομένο σύνολο περιβαλλοντικών ιδιοτήτων (στρωμάτωση, βάθος, υδροδυναμική έκθεση), οι οποίες ευνοούν την ανάπτυξη μερικών βιότοπων (π.χ., φύκια), αλλά όχι άλλες. Αν και οι σύνδεσμοι μεταξύ «της γεωμορφολογίας» και «των βιότοπων» δεν έχουν ποσολογηθεί εξαντλητικά μέχρι σήμερα, η προκαταρκτική ανάλυση για διάφορες περιοχές της Καραϊβικής όπου οι λεπτομερείς χάρτες βιότοπων έχουν παραχθεί επιβεβαιώνει ότι τα πολύγωνα χιλιετίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη a priori βασισμένη στα συμφραζόμενα έκδοση (δείτε 2.3. Επεξεργασία εικόνας). Με αυτόν τον τρόπο, οι τομείς της εικόνας απίθανης να περιέχει φύκια αποκλείονται, αποφεύγοντας τη λάθος ταξινόμηση στις επόμενες αναλύσεις.
Περιοχές Μελέτης
Ο πίνακας 1 απαριθμεί τις 19 εστιακές περιοχές του WCR που εξετάζονται σε αυτήν την μελέτη που αυτές οι περιοχές επιλέχτηκαν βασισμένες στη διαθεσιμότητα των ανεξάρτητων πληροφοριών για να: (ι) συγκρίνουν τις παραγόμενες ακρίβειές μας με τις δημοσιευμένες τιμές και ποιοτικά τους διαθέσιμους θεματικούς χάρτες αντίθεσης στα προϊόντα μας ή (ii) αξιολογήσουν την ακρίβεια των εκτιμήσεων βαθμού φυκιών που προέρχονται από τα στοιχεία Landsat χρησιμοποιώντας τα σημεία στοιχείων καλολογικών στοιχείων IKONOS ή/και τομέων. Οι περιοχές αντιπροσωπεύουν τα διάφορα επίπεδα γεωμορφολογικής πολυπλοκότητας χαρακτηριστικά της περιοχής
Επεξεργασία Εικόνας
Για κάθε περιοχή μέσα σε μια εικόνα Landsat, τα πολύγωνα κατασκευάστηκαν που κάλυψαν το ένα, περισσότερων, ή όλες τις κατηγορίες MCRMP με οποιαδήποτε πιθανότητα να εμπεριέχουν φύκια. Για παράδειγμα, κάποιο είναι απίθανο να βρεί φύκια μέσα στις βαθύτερες κατηγορίες και σε διάφορες εκτεθειμένες περιοχές «σκοπέλων» (δηλ., forereefs). Ο βαθμός στον οποίο οι κατηγορίες MCRMP συγχωνεύθηκαν εξαρτήθηκε από τη γεωμορφολογική πολυπλοκότητα της περιοχής.
Η a priori βασισμένη στα συμφραζόμενα έκδοση έχει αναφερθεί ως σχετικά απλός και αποδοτικός τρόπος να ενισχυθεί η αφθονία ταξινόμησης και να βελτιωθούν τα αποτελέσματα ακρίβειας. Η μέθοδος συνίσταται στην εφαρμογή ενός βασισμένου στα συμφραζόμενα κανόνα απόφασης σε όλη την εικόνα στα σύνολα βιότοπων που έχουν τα παρόμοια φάσματα, αλλά τα διαφορετικά όμως προβλέψιμα φυσικά περιβάλλοντα. Με το να αφαιρέσει εκ των προτέρων τις περιοχές εικόνας που μπορούν να δημιουργήσουν τη φασματική σύγχυση για τις κατηγορίες ενδιαφέροντος, η διαδικασία ταξινόμησης είναι ακριβέστερη. Λαμβάνοντας υπόψη την κλίμακα της περιοχής που καλύφθηκε, αυτή η απλή και αξιόπιστη προσέγγιση ευνοήθηκε εδώ πέρα από τη χρήση των τεχνικών διορθώσεων υδάτινων στηλών, ή την κατασκευή των βάθος-αμετάβλητων δεικτών. Εντούτοις, γνωρίζουμε καλά τα οφέλη της τελευταίας μεθοδολογίας, και στις λίγες περιπτώσεις όπου τα πολύγωνα περιλαμβάνουν έναν μεγάλο αριθμό βιότοπων και σημαντικής σειράς βάθους (π.χ., ευρείες περιοχές διαγώνιος-ραφιών), η υπόθεση μας μπορεί να μην στέκει. Σε τέτοιες περιπτώσεις, οι ακρίβειες δείχνουν τις παράκτιες διαμορφώσεις της Καραϊβικής όπου οι βαθυμετρικές διορθώσεις θα απαιτούνταν. Αλλού, για να ποσολογήσουμε την ισχύ της υπόθεσής μας, συγκρίναμε τα αποτελέσματά μας με εκείνα που λήφθηκαν από τις ανεξάρτητες μελέτες που διόρθωσαν για τα αποτελέσματα της υδάτινης στήλης και δημόσιευσαν τις τιμές ακρίβειας.
Για τις πολύ μεγάλες συνεχείς περιοχές που εκτείνονται διάφορες σκηνές Landsat (π.χ., Μπαχάμες, Μπελίζ), οι εικόνες ήταν διά-βαθμολογημένες και ομαλοποιημένες πριν από την ταξινόμηση. Για αυτό, οι ψηφιακές αριθμήσεις (DN) μετασχηματίστηκαν στο συντελεστή ανάκλασης -αισθητήρων χρησιμοποιώντας το κέρδος/τους προκατειλημμένους συντελεστές διαθέσιμους για κάθε εικόνα. Ένα σκοτεινό σχέδιο διορθώσεων εικονοστοιχείου εφαρμόστηκε έπειτα για να εξαλείψει μέρος της ατμοσφαιρικής επίδρασης. Συγκεκριμένα, μετά από τη διόρθωση Rayleigh μια σε βαθιά νερά αξία συντελεστή ανάκλασης (μέση αξία των εικονοστοιχείων που επιλέγονται στα μεγάλα θαλάσσια βάθηστην υπέρυθρη ζώνη μικροκύματος) αφαιρέθηκε από τα εικονοκύτταρα σε όλες τις άλλες ζώνες, υποθέτοντας ένα άσπρο σήμα αερολύματος. Τέλος, χρησιμοποιώντας μια αυθαίρετη εικόνα αναφοράς, η επόμενη σκηνή Landsat στη σύνθεση ρυθμίστηκε χρησιμοποιώντας μια εμπειρική προσέγγιση βαθμολόγησης γραμμών, βασισμένη στις περιοχές κατάρτισης που δεν έχουν αλλάξει μεταξύ των διαφορετικών εικόνων. Αυτό ήταν δυνατό δεδομένου ότι όλες οι σκηνές Landsat επικαλύπτουν τις γειτονικές σκηνές και υποθέσαμε τους σταθερούς όρους μεταξύ των αποκτήσεων των εικόνων (λιγότερο από δύο έτη). Όλες οι εικόνες ενώθηκαν σε ένα μωσαϊκό, το οποίο επεκτάθηκε μια εικόνα τη φορά. Για όλες τις εικόνες, όπου είναι απαραίτητο, τα σύννεφα και οι σκιές καλύφθηκαν έξω πριν από την ταξινόμηση.
Οι περιοχές κατάρτισης ταξινόμησης εικόνας (π.χ., άμμος, διαφορετικής πυκνότητας φύκια, κοράλλι) επιλέχτηκαν συνήθως από την οπτικός-ερμηνεία, λόγω της έλλειψης εκτενών στοιχείων τομέων για την πλεινότητα των πολυγώνων. Γενικά, 3 έως 5 κατηγορίες παρήχθησαν, αλλά λιγότερες από 8, ανάλογα με τη φασματική μεταβλητότητα intrapolygon. Τα πρότυπα επόπτευσαν την ταξινόμηση, χρησιμοποιώντας ταξινομητή Maximum Likelihood ENVI ®, διευθύνθηκαν για κάθε εικόνα για να παραγάγουν έναν χάρτη βιότοπων. Οι μεμονωμένες κατηγορίες φυκιών συγχωνεύθηκαν στη συνέχεια σε ένα μέγιστο 3 κατηγοριών σύμφωνα με την πυκνότητα της καταδυμένης βλάστησης: (1) πυκνός (κάλυψη 70-100%) (2) μέσος (30-70%) και (3) αραιός (b30%). Αυτοί αντιστοιχούν πολύ στις κατηγορίες που παράγονται για την κάλυψη φυκιών σε άλλες μελέτες μέσα στην περιοχή. Όλες οι άλλες κατηγορίες βιότοπων συγχωνεύθηκαν σε μία γενική «άλλη» κατηγορία.
Η μελέτη στόχευσε να χαρτογραφήσει τη γενικά την παρουσία/την απουσία φυκιών και την πυκνότητα της κάλυψης σε όλη την περιοχή, χωρίς αναφορά στα ιδιαίτερα είδη φυκιών. Εντούτοις, η χλόη χελωνών (τράπεζες πρώην König testudinum Thalassia) θεωρείται το πιό κοινό είδος από την ακτή της Φλώριδας και σε όλες τις Καραϊβικές Θάλασσες. Wrightii Kütz Halodule και Syringodium filiforme Aschers είναι τα άλλα δύο είδη που αντιμετωπίζονται χαρακτηριστικά, αν και στις χαμηλότερες πυκνότητες και θεωρούνται γενικά είδη πρωτοπόρων.
