Σύγκριση της υγρασίας του μετασχηματισμού Tasseled cap και του κανονικοποιημένου δείκτη υγρασίας στην ανίχνευση των δασικών διαταραχών

Από RemoteSensing Wiki

Σύγκριση της υγρασίας του μετασχηματισμού Tasseled Cap και του κανονικοποιημένου δείκτη υγρασίας στην ανίχνευση των δασικών διαταραχών

Πρωτότυπος τίτλος: Comparison of time series tasseled cap wetness and the normalized difference moisture index in detecting forest disturbances

Συγγραφείς: Suming Jin, Steven A. Sader

Δημοσιεύθηκε: Remote Sensing of Environment, 2005, 94, 364–372

Eικόνα 1:Η περιοχή μελέτης

Οι δείκτες βλάστησης και ο μετασχηματισμός Tasseled Cap έχουν χρησιμοποιηθεί εκτενώς σε μελέτες ανίχνευσης αλλαγής δασών. Σε αυτή τη μελέτη έγινε επεξεργασία σε ένα σύνολο στατιστικών σχέσεων και προέκυψε η σχετική αποτελεσματικότητα της ανίχνευσης δασικών διαταραχών που σχετίζεται με τον τύπο του δάσους και την ένταση της συγκομιδής σε πέντε, δύο και ένα χρόνο, σε σχέση με το δείκτη υγρασίας (NDMI). Ο μετασχηματισμός Tasseled Cap χρησιμοποιείται ευρέως για τη χαρτογράφηση της βλάστησης και την παρακολούθηση της αλλαγής του εδάφους. Αυτός ο μετασχηματισμός δεν παρέχει μόνο έναν μηχανισμό για τη μείωση του όγκου δεδομένων με ελάχιστη απώλεια πληροφοριών, αλλά συνδέει τα φασματικά χαρακτηριστικά με τις σημαντικές φυσικές παραμέτρους της επιφάνειας της γης (υγρασία, πρασινάδα, φωτεινότητα). Η υγρασία Tasseled Cap εκφράζεται με το άθροισμα των ορατών και σχεδόν υπέρυθρων καναλιών και με το άθροισμα των βραχυκυματικών υπέρυθρων καναλιών.

Ο κανονικοποιημένος δείκτης υγρασίας (NDMI) προκύπττει από το λόγο της διαφοράς κοντινού με βραχυκυματικό υπέρυθρο προς το άθροισμά τους. Έχει αναφερθεί πως ο NDMI συσχετίζεται σε μεγάλο βαθμό με την περιεκτικότητα σε υδάτινο περιεχόμενο στο έδαφος και παρακολουθεί πιο προσεκτικά τις αλλαγές στη φυτική βιομάζα και τις υδατικές διακυμάνσεις από ότι ο δείκτης βλάστησης NDVI. Ο πρωταρχικός σκοπός αυτής της μελέτης είναι να εξετάσει την ποσοτική σχέση μεταξύ TCW και NDMI και να συγκρίνει τα σχετικά σφάλματα προμήθειας και παραλείψεων για την ανίχνευση των δασικών διαταραχών σε βόρειο δασικό περιβάλλον. Έγινε σύγκριση μεταξύ του TCW και του NDMI από τρεις πτυχές:

1) Δασικές διαταραχές ανά τύπο (σκληρό ξύλο σε σχέση με μαλακό ξύλο)

2) Ένταση των δασικών διαταραχών (καθαρή κοπή έναντι μερικής κοπής) ·

3) Επίπτωση διαστήματος απόκτησης εικόνας Landsat για την ανίχνευση των δασικών διαταραχών ανά κατηγορία και κατηγορία έντασης.

Η περιοχή μελέτης είναι περίπου 499.176 εκτάρια και εριλαμβάνει μέρος ή το σύνολο των 84 δήμων στο βόρειο Maine, στις ΗΠΑ (εικόνα 1). Αυτό το δάσος, της Ακαδίας, έχει μια ποικιλία τάξεων ηλικίας δέντρων, υπάρχουν ώριμα δέντρα αλλά και νεαρά. Το έδαφος είναι σχετικά επίπεδο και περιλαμβάνει άφθονες λίμνες και χειμάρρους, με την αντίστοιχη βλάστηση. Στο δάσος συμπεριλαμβάνονται και άλλα μικρότερα ιδιωτικά δάση τα οποία ανήκουν σε οικογενειακές εταιρείες ή σε εταιρείες διαχείρισης γης.

Τα δεδομένα Landsat επιλέχθηκαν από την περιοχή αλληλεπικάλυψης της διαδρομής 12, της σειράς 28 και της διαδρομής 11, σειρά 28 του παγκόσμιου συστήματος αναφοράς. Τρεις ημερομηνίες του θεματικού χαρτογράφου Landsat 5 (1988, 1991 και 1993) και τριών ημερομηνιών της δορυφορικής απεικόνισης Landsat 7 ETM + (2000, 2001 και 2002) αποκτήθηκαν τους ανοιξιάτικους και τους καλοκαιρινούς μήνες, που αντιπροσωπεύουν συνθήκες σκληρού ξύλου. Ένας χάρτης ανίχνευσης μεταβλητής αλλαγής ημερομηνίας (1988-1991-1993) που αναπτύχθηκε σε προηγούμενο έργο και χάρτης βλάστησης του Maine συνδυάστηκαν με τη δορυφορική εικόνα. Οι εικόνες διορθώθηκαν γεωμετρικά και ραδιομετρικά και στη συνέχεια υπολογίσθηκε ο NDMI. Τέλος, εξήχθη το TCW από κάθε διαθέσιμη ημερομηνία για να πραγματοποιηθούν οι επόμενες αναλύσεις.

Eικόνα 2:Υποθετικά ιστογράμματα εικόνων για τον εντοπισμό τιμής κατωφλίου όπου ελαχιστοποιείται η παράλειψη αλλαγής δάσους (C) και η μη μεταβολή (NC) (ψευδώς θετικά) και τα σφάλματα προμήθειας (false negative). Τα W και M αντιπροσωπεύουν εικόνες Tasseled Cap και NDMI, αντίστοιχα, στην πρώτη ημερομηνία Landsat (d1) και δεύτερη ημερομηνία (d2).

Eικόνα 3:Πίνακας με Μοντέλα παλινδρόμησης και τον συντελεστής προσδιορισμού (R2) για το TSW και NDMI για πέντε ημερομηνίες Landsat

Eικόνα 4:Τρεις ημερομηνίες (R = 2000, G = 2001, B = 2002) έγχρωμες σύνθετες εικόνες TCW (αριστερά) και NDMI (δεξιά). Η περιοχή (Α) με κόκκινο χρώμα συγκομίστηκε μεταξύ του 2000 και του 2001 και η περιοχή (Β) σε κίτρινο συλλέχθηκε μεταξύ του 2001 και του 2002. Στην εικόνα TCW, οι περιοχές χωρίς μεταβολή του σκληρού ξύλου (H) και του μαλακού ξύλου (S) - γκρι χρώμα στο φως, αντίστοιχα

Για την περαιτέρω ανάλυση, χρησιμοποιήθηκε ένα έτοιμο μοντέλο γραμμικής παλινδρόμησης το οποίο τροποποιήθηκε αναλόγως ώστε να έρθει σε αντιστοιχία με τα δεδομένα. Ακόμα, αξιοποιήθηκε ένας χάρτης ανίχνευσης μεταβολών 1988-1991-1993 για να υπάρχει μία εικόνα των αλλαγών στην περιοχή. Αυτός ο χάρτης περιλάμβανε δύο αλλαγές χρονικού διαστήματος (1988-1991, 1991-1993) και η συνολική ακρίβεια των χαρτών ήταν 78%. Για τις ανάγκες της τρέχουσας μελέτης, ο συγκεκριμένος χάρτης επεξεργάστηκε για να συμπεριλάβει μόνο τις περιοχές αλλαγής / μη αλλαγής με την υψηλότερη εμπιστοσύνη.

Η επεξεργασία των χαρτών αλλαγής / χωρίς αλλαγή ήταν απαραίτητη για να αναπτυχθεί η εμπιστοσύνη ότι τα ιστογράμματα των εικόνων διαφοράς για κάθε χρονική ακολουθία θα αντιπροσωπεύουν την πραγματική κατανομή της αλλαγής και καμία αλλαγή. Τα ιστογράμματα των διαφορών εικόνων εξετάστηκαν σε περιοχές που αντιπροσωπεύουν την αλλαγή και καμία αλλαγή για να προσδιοριστεί η τιμή κατωφλίου για να ελαχιστοποιηθεί το άθροισμα του σφάλματος προμήθειας και του σφάλματος παράλειψης (εικόνα 2). Οι εικόνες διαφορών TCW και NDMI προέκυψαν με απλή αφαίρεση της δεύτερης ημερομηνίας από την πρώτη ημερομηνία. Έγινε αξιολόγηση των διαφορών μεταξύ των εικόνων TCW και NDMI χρησιμοποιώντας τα κριτήρια των σφαλμάτων προμήθειας και παράλειψης για να διερευνηθεί σχετική αποδοτικότητα των δύο μεθόδων για να ανιχνεύσουμε τον τύπο και την ένταση των δασικών αλλαγών σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα.

Οι εικόνες Landsat του 1988 και του 2000 ταξινομήθηκαν (συνδυασμός επιτηρούμενων και μη εποπτευόμενων μεθόδων) για την απόκτηση της δασικής έκτασης σκληρού ξύλου και μαλακού ξύλου στην αρχή κάθε χρονικής αλληλουχίας (1988-1991-1993 και 2000-2001-2002). Ένας χάρτης βλάστησης χρησιμοποιήθηκε ως αναφορά για τους τύπους δασών στις αρχές της δεκαετίας του 1990. Το νερό, τα σύννεφα και όλες οι μη δασικές τάξεις ήταν καλυμμένες. Κάθε ταξινομημένος δασικός χάρτης διασταυρώθηκε με την αντίστοιχη κάλυψη χαρτών ανίχνευσης αλλαγών και ανακοινώθηκε για να συνδυάσει τάξεις δασικού τύπου και κλάσεις έντασης αλλαγής δασών.

Οι περιοχές κατάρτισης που χρησιμοποιήθηκαν για να ταξινομήσουν τις εικόνες TCW και NDMI εφαρμόστηκαν για να υπολογίσουν τα στατιστικά στοιχεία της φασματικής διαχωρισμού μετασχηματισμένης απόκλισης (TD) για την κλάση ζεύγη αλλαγών δασών και τύπων χωρίς αλλαγή. Εάν η τιμή της μετασχηματισμένης απόκλισης (TD) ήταν μικρότερη από 1700, θεωρήθηκε ότι είναι δύσκολο να διαχωριστούν οι φασματικές διαφορές, όπως μερικές ή σαφείς συγκομιδές σε διαφορετικές ημερομηνίες ή συγκομιδές που εμφανίστηκαν σε τύπους δασικών ξυλείας ή μαλακού ξύλου. Οι τιμές TD υπολογίστηκαν πρωτίστως με σκοπό την υποστήριξη της ερμηνείας των αποτελεσμάτων, ιδιαίτερα σε σχέση με τα σχετικά σφάλματα παράλειψης και προμήθειας για κάθε μέθοδο (NDMI έναντι TCW) σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα. Τα αποτελέσματα της γραμμικής παλινδρόμησης μεταξύ των εικόνων TCW και NDMI σε πέντε ημερομηνίες παρατίθενται στον πίνακα της εικόνας 3. Οι περιοχές που συγκομίζονται μπορούν εύκολα να διακριθούν οπτικά από περιοχές χωρίς αλλαγή στις εικόνες που προέρχονται από οποιαδήποτε από τις δύο μεθόδους (εικόνα 4).

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]