Vegetation changes in Yellow River Delta wetlands from 2018 to 2020 using PIE-Engine and short time series Sentinel-2 images
Από RemoteSensing Wiki
Μεταβολές βλάστησης στους Υγροτόπους του Δέλτα του Κίτρινου Ποταμού από το 2018 έως το 2020 χρησιμοποιώντας PIE-Engine και μικρές χρονικές σειρές Sentinel-2
Πρωτότυπος Τίτλος: « Vegetation changes in Yellow River Delta wetlands from 2018 to 2020 using PIE-Engine and short time series Sentinel-2 images »
Συγγραφείς: Dong Chang, Zhiyong Wang, Xiaogang Ning, Zhenjin Li, Long Zhang, Xiaotong Liu
Δημοσιεύθηκε: Frontiers in Marine Science, 10 August 2022, Sec. Marine Conservation and Sustainability, Volume 9 - 2022 https://doi.org/10.3389/fmars.2022.977050
Λέξεις-Κλειδιά: Υγρότοποι του Δέλτα του Κίτρινου Ποτοαμού, Κανονικοποιημένος Δείκτης Βλάστησης (N.D.V.I), PIE-Engine, SupportVector Machine, Sentinel-2, Spartina alterniflora
1. Εισαγωγή
Ένας υγρότοπος αποτελεί ένα από τα πιο δυναμικά και πολύτιμα οικοσυστήματα στην παράκτια ζώνη, καθώς έχει μια ποικιλία οικολογικών λειτουργιών, όπως για παράδειγμα είναι η προστασία των ακτών, ο καθαρισμός του νερού κ.α. Οι υγρότοποι του Δέλτα του Κίτρινου Ποταμού διαδραματίζουν αναντικατάστατο ρόλο για τον άνθρωπο, καθώς φιλοξενούν τον τουρισμό και έχουν αρκετούς φυσικούς πόρους. Ωστόσο, ο μοναδικός τύπος βλάστησης στο Δέλτα του Κίτρινου Ποταμού διαταράσσεται εύκολα από φυσικούς ή ανθρώπινους παράγοντες και είναι εύθραυστο. Η εισαγωγή του Spartina alterniflora στο Δέλτα του ποταμού, με σκοπό την βελτίωση του περιβάλλοντος, δημιούργησε μεγάλα οικολογικά οφέλη στη περιοχή, αλλά η ραγδαία εξάπλωσή του αποτελεί απειλή για τη βιοποικιλότητα. Για τον λόγο αυτό, είναι αναγκαία η ποσοτική παρακολούθηση της κατανομής των ειδών της βλάστησης.
2. Δεδομένα και Μεθοδολογία
Οι υγρότοποι του Δέλτα του Κίτρινου Ποταμού επιλέγονται ως η πειραματική περιοχή σε αυτή την εργασία. Το Δέλτα του Κίτρινου Ποταμού βρίσκεται στα νότια του κόλπου Bohai και στα δυτικά του κόλπου Laizhou στην Κίνα και η περιοχή μελέτης είναι η εκβολή του Κίτρινου Ποταμού, που καλύπτει μια περιοχή περίπου 487km 2. Η συγκεκριμένη περιοχή είναι επιρρεπής στην επίδραση των ιζημάτωμτου Κίτρινου Ποταμού και της δυναμικής των ωκεανών, έχοντας ως αποτέλεσμα μια μεγάλη αλλαγή, μέσω της διάβρωσης της ιζηματογένεσης της ακτογραμμής. Για την παρακολούθηση της βλάστησης του υγροτόπου στο Δέλτα του Κίτρινου Ποταμού χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικά δεδομένα τηλεπισκόπησης του δορυφόρου Sentinel-2, όπου επιλέχθηκαν συνολικά 46 εικόνες Sentinel-2A, συμπεριλαμβανομένων 25 εικόνων το 2018 και 21 εικόνων το 2020. Για την εξαγωγή της βλάστησης στους υγροτόπου και την ανάλυση τυχόν αλλαγών χρησιμοποιώντας σύνολα δεδομένων σύντομης χρονικής σειράς NDVI με βάση την πλατφόρμα υπολογιστικού νέφους τηλεπισκόπησης PIE-Engine. Αρχικά, το PIE-Engine χρησιμοποιήθηκε για τον έλεγχο σύννεφων, την αφαίρεση σύννεφων και τον υπολογισμό του NDVI. Έπειτα, στις εικόνες Sentinel-2 έγινε αφαίρεση των μεγάλων καλύψεων από νέφη και κατασκευάστηκαν τα δεδομένα σύντομης χρονικής σειράς NDVI. Τέλος, χρησιμοποιήθηκε ο ταξινομητής SVM για την παρακολούθηση και ταξινόμηση της βλάστησης των υγροτόπων και λήφθηκαν θεματικοί χάρτες κάλυψης της βλάστησης των υγροτόπων το 2018 και το 2020. Αφού έγινε ο υπολογισμός του δείκτη NDVI, ακολούθησε η ανάλυση των χρονοσειρών του NDVI, όπου στη διαδικασία ταξινόμησης, τα χαρακτηριστικά της γης ταξινομούνται σε πέντε κατηγορίες, τις: Spartina alterniflora (SA), Suaeda salsa (SS), Phragmites australis (PA), Open water (OW) και Tidal Flat (TF). Η διανομή του Phragmites australis και η Spartina alterniflora ήταν σχετικά συγκεντρωμένη και υπήρχαν πολλές προσμίξεις που αποτυπώθηκαν με έγχρωμες εικόνες Sentinel-2 που αποκτήθηκαν από τον Ιούνιο έως τον Οκτώβριο του 2018. Βέβαια, με βάση τις έγχρωμες αυτές εικόνες Sentinel-2, έγινε η κατανομή τους (Εικόνα 3Α). Σύμφωνα με τους διαιρεμένους τύπους αντικειμένων εδάφους και τα δεδομένα χρονοσειρών, μετρήθηκαν οι καμπύλες NDVI χρονοσειράς διαφορετικών αντικειμένων γης σε διαφορετικούς μήνες, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3Β. Μεταβαίνοντας στην μέθοδο ταξινόμησης SVM (Support Vector Machine), χρησιμοποιήθηκε για την ταξινόμηση της βλάστησης των υγροτόπων με βάση τα δεδομένα σύντομης χρονικής σειράς NDVI. Ακολούθως, προκύπτουν τα αποτελέσματα της ταξινόμησης, όπου σύμφωνα με 46 εικόνες Sentinel-2, για τα έτη 2018 και 2020, οι τύποι υγροτόπων στο Δέλτα του Κίτρινου Ποταμού ταξινομούνται με βάση τη μέθοδο που κατασκευάστηκε και τα αποτελέσματα ταξινόμησης φαίνονται στην Εικόνα 4. Έπειτα, έγινε ο έλεγχος για την επαλήθευση της ακρίβειας, όπου χρησιμοποιήθηκαν 127 δείγματα επαλήθευσης για την αξιολόγηση της ακρίβειας των αποτελεσμάτων ταξινόμησης η οποία έδειξε ότι η μέθοδος πλεονεκτεί. Όμως, προκειμένου να επαληθευτούν τα πλεονεκτήματα της προτεινόμενης μεθόδου για τη παρακολούθηση των τύπων βλάστησης των υγροτόπων, το αποτέλεσμα της ταξινόμησης το 2018 από την προτεινόμενη μέθοδο, συγκρίθηκε με τα αποτελέσματα ταξινόμησης που προέκυψαν από δύο παραδοσιακές μεθόδους ταξινόμησης. Ακολούθως, δημιουργήθηκε ο χάρτης των μεταβολών της κάλυψης βλάστησης. Τέλος, έγινε απεικόνιση και του χάρτη της μεταβολής των ορίων της ξηράς με το νερό για τα έτη 2018 μέχρι 2020.
3. Συμπεράσματα
Η προτεινόμενη μέθοδος παρέχει μια βάση για την παρακολούθηση της βλάστησης του αλμυρού έλους σε μεγάλη κλίμακα και παρέχει μια επιστημονική αναφορά για την ταξινόμηση της βλάστησης και της οικολογικής εξέλιξης στο Δέλτα του Κίτρινου Ποταμού, αφού η συνολική ακρίβεια της ταξινόμησης της βλάστησης το 2018 και το 2020 που ελήφθη με τη χρήση της μεθόδου που προτείνεται σε αυτή την εργασία είναι 90,47% και 80,30% αντίστοιχα, και οι συντελεστές Κάπα είναι 0,874 και 0,739 αντίστοιχα. Επιπλέον, η Spartina alterniflora συνέχισε να επεκτείνεται στα νότια και βόρεια των εκβολών του Κίτρινου Ποταμού και η έκταση αυξήθηκε κατά 3,74 km2,. Ωστόσο, παρόλο που η μελέτη παρέχει μια αποτελεσματική τεχνική μέθοδο για την ταξινόμηση και την ανάλυση της βλάστησης στους υγροτόπους του Δέλτα του Κίτρινου Ποταμού, έχει ελλείψεις που χρειάζονται παραπάνω έρευνα και αφορούν: τα σφάλματα λόγω σκίασης νεφών και ομίχλης, καθώς και ότι η Spartina alterniflora μπορεί να παρατηρηθεί στην εικόνα έξω από τα όρια νερού-στεριάς στα νότια της εκβολής του Δέλτα του Κίτρινου Ποταμού, διότι ο ταξινομητής SVM δεν μπορεί να ανιχνεύσει τη βλάστηση σε αυτές περιοχές από τα στοιχεία του NDVI, γιατί η περιοχή έχει θαλάσσια εισχώρηση αρκετό καιρό πριν.
