Tαξινόμηση ειδών δενδρών με ετήσια χρονοσειρά δορυφορικών εικόνων Rapid Eye. Μελέτη της περίπτωσης: Ρηνανία-Παλατινάτο, Γερμανία.
Από RemoteSensing Wiki
Πίνακας περιεχομένων |
Εισαγωγή
Η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στην ταξινόμηση ειδών δένδρων, με τη χρήση ετήσιας ανάλυσης χρονοσειρών δορυφορικών εικόνων Rapid Eye και συγκεκριμένα αξιολογεί είδη δένδρων στη δασική περιοχή καθώς και στις ειδικά προστατευόμενες περιοχές που εντάσσονται εντός της περιοχής μελέτης (Τόποι Κοινοτικής Σημασίας και Ζώνες Ειδικής Προστασίας). Η προσέγγιση της μελέτης, στηρίζεται στην οδηγία 92/43/ΕΟΚ για τη διατήρηση των φυσικών οικοτόπων. Το άρθρο 11 της οδηγίας αυτής, απαιτεί από τα κράτη μέλη να αναλάβουν την εποπτεία των φυσικών οικοτόπων και των προστατευόμενων ειδών, υποβάλλοντας τα αποτελέσματα τους κάθε έξι χρόνια.
Η περιοχή μελέτης
Η περιοχή μελέτης, βρίσκεται στην πόλη Saarburg της Ρηνανίας Παλατινάτο, καλύπτοντας έκταση 29.894,4 εκταρίων και αποτελεί μια από τις πιο δασωμένες εκτάσεις της Ομοσπονδιακής Δημοκρατίας της Γερμανίας. Οι Τόποι Κοινοτικής Σημασίας βρίσκονται στο νοτιοανατολικό και δυτικό τμήμα της περιοχής μελέτης, ενώ στο βόρειο τμήμα της περιοχής οριοθετείται και μια Ζώνη ειδικής προστασίας.
Υλικά και Μέθοδοι
Χρησιμοποιήθηκαν έξι δορυφορικές εικόνες RapidEye με ημερομηνίες λήψης: 22-02-2012, 25-05-2012, 24-07-2012, 10-08-2012, 16-09-2012 και 21-10-2012, οι οποίες στα πλαίσια της προεπεξεργασίας υπέστησαν ατμοσφαιρική και ραδιομετρική διόρθωση. Στη συνέχεια δημιουργήθηκε ένα υποσύνολο της δασικής περιοχής, τόσο στην κάθε εικόνα, όσο και στο μωσαϊκό αυτών και υπολογίστηκε ο Δείκτης Βλάστησης Κανονικοποιημένης Διαφοράς (NDVI) για την περιοχή μελέτης. Στο στάδιο επεξεργασίας των μεταδεδομένων, για τη δασική ταξινόμηση επιλέχθηκε η μέθοδος της επιβλεπόμενης εικονοστραφούς ταξινόμησης και σε πρώτη φάση κατηγοριοποιήθηκαν τα δένδρα της δασικής περιοχής ως κωνοφόρα και φυλλοβόλα. Σε επόμενη φάση κατηγοριοποιήθηκαν τα ακόλουθα είδη δένδρων: η oξιά ή φηγός (Fagus sylvatica), η ερυθρελάτη (Picea abies), η Αγγλική βελανιδιά- δρυς (Quercus petraea, Quercus robur), η δασική πεύκη (Pinus sylvestris) και το έλατο της ποικιλίας Douglas Fir (Pseudotsuga menziesii).
Οι επιβλεπόμενες ταξινομήσεις διεξήχθησαν σε κάθε μια από τις έξι σκηνές αλλά και στο μωσαϊκό αυτών, με τη βοήθεια του Spectral Correlation Mapper αλγόριθμου του λογισμικού ERDAS imagine. Για κάθε ταξινόμηση χρησιμοποιήθηκαν τα ίδια σημεία ενδιαφέροντος σε όλες τις εικόνες, αλλά με διαφορετικά αρχεία υπογραφής σε κάθε μία. Για την επιλογή των περιοχών ενδιαφέροντος κάθε μιας από τις διαφορετικές τάξεις δένδρων, επιλέχθηκε το 70% των ταξινομημένων σημείων ως χαρακτηριστικά σημεία ενδιαφέροντος και το 30% ως σημεία επικύρωσης.
Για τη συλλογή και επικύρωση δειγμάτων των διαφορετικών ειδών δένδρων χρησιμοποιήθηκαν ένα σχηματικό αρχείο των δένδρων που καλύπτει την περιοχή, ψηφιακές ορθοφωτογραφίες και ο τοπογραφικός χάρτης της περιοχής. Η επικύρωση των αποτελεσμάτων της ταξινόμησης έγινε με τη χρήση αξιολόγησης ακρίβειας καθώς και με σύγκριση των αποτελεσμάτων ακρίβειας με την αντίστοιχη κατάταξη μηχανής διανυσμάτων με την υποστήριξη της Mc Nemar δοκιμής.
Αποτελέσματα/Συζήτηση
Τα φυλλοβόλα δένδρα (Δρύς, Οξιά) παρατηρούνται καλύτερα στις σκηνές του Μαΐου, Ιουλίου, Αυγούστου και Σεπτεμβρίου και τα κωνοφόρα δένδρα (Έλατο, Ερυθρελάτη και Πεύκη) στις σκηνές του Ιουλίου, Αυγούστου και Σεπτεμβρίου. Αν και συγκεκριμένα είδη εμφανίζονται καλύτερα σε μεομονωμένες σκηνές, για τα περισσότερα είδη απαιτείται η συνεισφορά περισσότερων σκηνών. Έτσι η επιβλεπόμενη ταξινόμηση του μωσαϊκού των έξι σκηνών δίνει με σχετική ακρίβεια (0,25 του εικονοστοιχείου), τα περισσότερα είδη δένδρων σε ρεαλιστική απεικόνιση.
Η επικύρωση του αποτελέσματος ακριβείας με τη χρήση αξιολόγησης ακρίβειας, έδειξε η προσθήκη περισσότερων σκηνών στη διαδικασία της ταξινόμησης είναι επικερδή ως προς την ακρίβεια της ταξινόμησης. Η συνολική ακρίβεια αυξάνεται από 71% σκηνή του Φεβρουαρίου), χρησιμοποιώντας μια σκηνή σε 83,75% χρησιμοποιώντας και τις έξι σκηνές.
Τα αποτελέσματα του στατιστικού Mac Νemar test, δείχνουν ότι η σκηνή με το καλύτερο αποτέλεσμα ταξινόμησης είναι η σκηνή του Μαΐου, σκηνή που σύμφωνα με τους στατιστικούς ελέγχους έχει χρησιμοποιηθεί σε όλους τους συνδυασμούς των διαδικασιών επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Πολυτιμότερη εικόνα στην επεξεργασία των αποτελεσμάτων της κατάταξης με τη μέθοδο SVM είναι η σκηνή Μαΐου με ποσοστό ακρίβειας 81,35% και δεύτερη με ποσοστό 80,56% η σκηνή του Ιουλίου.
Συμπεράσματα
Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης δείχνουν ότι με την αύξηση του αριθμού των σκηνών, η ακρίβεια ταξινόμησης χαρακτηρισμού διαφορετικών ειδών δενδρών βελτιώνεται. Η χρήση πολυ-χρονικών δορυφορικών δεδομένων για την παρακολούθηση του δικτύου Natura 2000 και την Προστασία των Ειδών στους Οικοτόπους μπορεί να αποδειχθεί πολύ χρήσιμη. Συνολικά, συμπεραίνουμε ότι οι καταλληλότερες σκηνές για τη διάκριση συγκεκριμένων ειδών δένδρων, σύμφωνα με τη μέθοδο της εικονοστραφούς επιβλεπόμενης ταξινόμησης σε κάθε σκηνή αλλά και στο μωσαϊκό όλων, είναι οι ανοιξιάτικες και καλοκαιρινές σκηνές.
Πηγή:
Τσιμέκα, Ε. (2015). Tαξινόμηση ειδών δενδρών με ετήσια χρονοσειρά δορυφορικών εικόνων Rapid Eye. Μελέτη της περίπτωσης: Ρηνανία-Παλατινάτο, Γερμανία. 1ο Συνέδριο Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων και Χωρικής Ανάλυσης στη Γεωργία και στο Περιβάλλον (σσ. 176-186). Αθήνα: Ερευνητική Μονάδα Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων & Ελληνική Εταιρεία Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών.
