Χαρτογράφηση ειδών δασικής βλάστησης με χρήση του Sentinel 2-time series
Από RemoteSensing Wiki
Αντικείμενο εφαρμογης: Χαρτογράφηση ειδών δασικής βλάστησης με χρήση του Sentinel 2-time series
Πρωτότυπος τίτλος: Forest Stand Species Mapping Using the Sentinel-2 Time Series
Συγγραφείς: Ewa Grabska1, Patrick Horstert2,3, Dirk Pflugmacher2, Katarzyna Ostapowicz1
1) Institute of Geography and Spatial Management, Jagiellonian University, Gronostajowa 7, 30387 Kraków, Poland
2) Geography Department, Humboldt Universität zu Berlin, Unter den Linden 6, 10099 Berlin, Germany
3) Integrative Research Institute on Transformations of Human-Environment Systems (IRI THESys), Humboldt Universität zu Berlin, Unter den Linden 6, 10117 Berlin, Germany
Πηγή: https://www.mdpi.com/2072-4292/11/10/1197/htm
Λέξεις κλειδιά: δασικά είδη, ταξινόμηση, Sentinel-2
- Εισαγωγή
Σε μελέτες ταξινόμησης ειδών δασικών δέντρων που χρησιμοποιούν πολυφασματικές εικόνες, το βασικό ζήτημα είναι η εφαρμοζόμενη πολυ-χρονική μεθοδολογία. Η γενική υπόθεση είναι ότι οι φαινολογικές παραλλαγές μπορούν να αυξήσουν το φασματικό διαχωρισμό μεταξύ των ειδών δέντρων. Έτσι, ο κύριος στόχος της παρούσας μελέτης ήταν να αξιολογήσει την απόδοση των πυκνών χρονολογικών σειρών Sentinel-2 από την άνοιξη, το καλοκαίρι και το φθινόπωρο σε χαρτογράφηση ειδών δασικών δέντρων σε ένα πιο δύσκολο περιβάλλον, δηλαδή σε ορεινή περιοχή.
- Περιοχή μελέτης
Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στο βόρειο τμήμα της Πολωνίας στα Καρπάθια Όρη. Οι δασικές εκτάσεις καλύπτουν περίπου το 41% των Πολωνικών Καρπαθίων και κυριαρχούνται από κοινή οξιά ( Fagus sylvatica ), ασημί έλατο ( Abies alba ) και ερυθρελάτη Νορβηγίας ( Picea abies ).
- Δεδομένα
Στην παρούσα μελέτη, χρησιμοποιήσαμε ελεύθερα διαθέσιμες εικόνες Sentinel-2 (προϊόν Level-2A - Κάτω από την ατμόσφαιρα (BOA), αριθμός πλακιδίων T34UEV) που λήφθηκε από το Copernicus Open Access Hub. Χρησιμοποιήσαμε 18 τοπογραφικά διορθωμένες εικόνες που διανεμήθηκαν ακανόνιστα κατά τη διάρκεια της περιόδου μελέτης χωρίς καθόλου ή πολύ περιορισμένη κάλυψη νεφών (λιγότερο από το 10% της μελετημένης δασικής περιοχής). Επιλέξαμε όλες τις ζώνες με χωρική ανάλυση 10 και 20 m (κανάλια Sentinel-2: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 8a, 11 και 12). Τα δεδομένα εκπαίδευσης και επικύρωσης σχετικά με τη σύνθεση των ειδών των δέντρων ελήφθησαν από την πολωνική τράπεζα δεδομένων δασών. Αυτή η βάση δεδομένων διατίθεται δωρεάν και παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη διαχείριση των δασών, τις συνθήκες και τις αλλαγές των δασών, λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση των δασικών περιπτέρων και πολλούς άλλους τύπους πληροφοριών.
- Μέθοδος εργασίας
Η ροή εργασίας μας αποτελείται από τα ακόλουθα βήματα: (1) κάλυψη σύννεφων, (2) απόκτηση δασικής κάλυψης για το 2018, (3) επεξεργασία δεδομένων, η οποία περιελάμβανε το σχεδιασμό δειγμάτων εκπαίδευσης και επικύρωσης και τη δημιουργία χρονοσειρών βασισμένων σε μέτρα μεταβλητής σπουδαιότητας και ανάλυση χρονικού προτύπου, (4) ταξινόμηση ειδών δασικής βάσης χρησιμοποιώντας αλγόριθμο Random Forest (RF) και (5) αξιολόγηση ακρίβειας ταξινόμησης χαρτών ειδών για μελετημένους συνδυασμούς χρονολογικών σειρών Sentinel-2.
- Aποτελέσματα
Με βάση την αξιολόγηση ακρίβειας ταξινόμησης, δημιουργήσαμε τον τελικό χάρτη των ειδών δασικών δέντρων για τον καλύτερο συνδυασμό (30 Απριλίου / 5 Μαΐου / 14 Οκτωβρίου / 17 Οκτωβρίου / 8 Νοεμβρίου). Τα πιο κοινά είδη ήταν η κοινή οξιά (35%) και το ασημί έλατο (21%). Άλλα κύρια είδη ήταν το Σκωτσέζικο πεύκο (11%), το γκρίζο άλτερ (11%), το sycamore (11%) και το κέρατο (7%). Τα πιο σπάνια είδη ήταν η ευρωπαϊκή αγριόπευκα (3%), η ευρωπαϊκή σημύδα (2%) και η ερυθρελάτη της Νορβηγίας (1%).
- Συμπεράσματα
Στην παρούσα μελέτη, το Sentinel-2 χρονολογικές σειρές χρησίμευσε ως είσοδος δεδομένων για χαρτογράφηση σύνθεσης δασικών δέντρων χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο RF. Η ανάλυση εφαρμόστηκε σε επίπεδο pixel, σε μια δύσκολη, ορεινή περιοχή μελέτης με πολύ διαφοροποιημένη σύνθεση δασικών ειδών. Η ταξινόμηση με τις Sentinel-2 time series είχε μεγαλύτερη ακρίβεια από αυτήν των εικόνων μιας ημέρας διότι για την συγκεκριμένη περιοχή είχαμε περισσότερες από μία εικόνες.. Συγκεκριμένα, η χρήση εικόνων από διαφορετικές εποχές συμπεριλαμβανομένης της άνοιξης και του φθινοπώρου παρείχε πολύ υψηλότερες ακρίβεια ταξινόμηση των δασικών ειδών. Λαμβάνοντας υπόψη την υψηλή ακρίβεια ταξινόμησης που λαμβάνεται με την αυτόματη ταξινόμηση, η προτεινόμενη προσέγγιση θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε επιχειρησιακά προγράμματα αφιερωμένα στη χαρτογράφηση και παρακολούθηση δασικών ειδών βάσει δορυφορικών χρονοσειρών εικόνας.
