Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Aboveground biomass growth mapping and CO2 uptake of multispecies seagrass meadow in Menjangan Besar Island, Karimunjawa Islands, using Sentinel-2 imagery

Putri Aurellia Devina, Wicaksono Pramaditya

Oceanological and Hydrobiological Studies

|

2025

|

Vol. 54, No. 4

303--327

EN

Seagrasses absorb CO2 for photosynthesis and convert it into new biomass. This study aims to assess the correlation between seagrass aboveground biomass (AGB) growth and percent cover, map and analyse AGB growth using Sentinel-2 imagery and estimate CO2 uptake by multispecies seagrass meadows on Menjangan Besar Island. Correlation analysis revealed a strong relationship between AGB growth and percent cover at the community level (r = 0.64) and for Enhalus acoroides (r = 0.60), and a very strong relationship for Thalassia hemprichii–Cymodocea rotundata assemblages (r = 0.89). AGB growth mapping was conducted using random forest (RF) regression, resulting in root mean square errors (RMSE) of 60.8, 125.6, 94.2 and 94.9 gDW · m−2 · year−1 for E. acoroides, T. hemprichii–C. rotundata, E. acoroides–T. hemprichii, and bare substrate (BS) classes, respectively. The corresponding coefficients of determination (R2) were 0.87, 0.67, 0.70, and 0.78. The total seagrass AGB growth on Menjangan Besar Island was estimated at 672.21 MgDW · year−1, with an average of 331.7 gDW · m−2 · year−1 The estimated total CO2 uptake by seagrass meadows was 197.85 MgCO2 · year−1, with an average of 97.6 gCO2 · m−2 · year−1.

2

Potential of quantum machine learning for processing multispectral Earth observation data

Gupta Manish K., Romaszewski Michał, Gawron Piotr

|

Vol. 73, nr 5

art. no. e154279

EN

Quantum computers with hundreds of noisy qubits are already available for the research community. They have the potential to run complex quantum computations well beyond the computational capacity of any classical device. It is natural to ask the question, what application these devices could be useful for? Land use and land cover classification of multispectral Earth observation data collected from the earth observation satellite mission is one such problem that is hard for classical methods due to its unique characteristics. In this work, we compare the performance of several classical machine learning algorithms on the stilted re-labeled dataset of the Copernicus Sentinel-2 mission, when the algorithm has access to projected quantum kernel (PQK) features. We show that the classification accuracy increases drastically when the model has access to PQK features. We then naively study the performance of these algorithms with and without access to PQK features on the original Copernicus Sentinel-2 mission data set. This study provides key evidence that shows the potential of quantum machine learning methods for Earth observation data.

3

Wykorzystanie syntezy danych satelitarnych Sentinel-1 i Sentinel-2 do opracowania map zmiennego nawożenia azotem rzepaku ozimego

Michalski Michał, Turos Przemysław, Buszke Bartosz, Malinowski Radek, Rybicki Marcin, Stankiewicz Mateusz

Roczniki Geomatyki

|

2023

|

T. 21, z. 1(100)

31--47

PL

Monitorowanie upraw w trakcie sezonu wegetacyjnego stanowi podstawę planowania zabiegów agrotechnicznych w rolnictwie precyzyjnym. Opiera się ono zazwyczaj na wykorzystaniu multispektralnych danych satelitarnych, których dostępność jest często ograniczona przez występowanie chmur. Powoduje to potrzebę sięgnięcia po inne rozwiązania, a jednym z nich jest wykorzystanie niezależnych od zachmurzenia satelitarnych danych radarowych. Celem prezentowanego badania było opracowanie map aplikacyjnych zmiennego nawożenia azotem rzepaku ozimego, poprzez modelowanie wskaźnika pokrycia liściowego (Leaf Area Index-LAI) z wykorzystaniem danych Sentinel-1 (S-1) i Sentinel-2 (S-2). Użyte dane teledetekcyjne i dane in-situ zebrano podczas dwóch sezonów wegetacyjnych z różnych regionów w Polsce. Współczynnik wstecznego rozpraszania obliczony na podstawie S-1 został zastosowany jako dane wejściowe do modelowania wskaźnika LAI z wykorzystaniem kilku technik regresji. Ze względu na charakterystykę zobrazowań radarowych, LAI było szacowane jako wartość średnia dla pojedynczego pola osiągając najlepsze wyniki dla algorytmu Random Forest (R2=0.85; RMSE=0.41). W celu zwiększenia precyzji wymaganej przy zabiegach agrotechnicznych wykorzystano zależność pomiędzy LAI wyznaczonym na podstawie ostatniego dostępnego bezchmurnego zdjęcia S-2 i LAI modelowanym przy użyciu S-1. Pozwoliło to na uzyskanie przestrzennego zróżnicowania w obrębie pola do poziomu piksela 10 m×10 m dla okresu z zachmurzeniem. Przygotowana w procesie syntezy danych S-1 i S-2 mapa LAI pozwoliła oszacować dotychczas pobraną przez rzepak ilość azotu. Na tej podstawie dostosowano dawkę nawozu do aktualnych potrzeb roślin oraz opracowano mapę aplikacyjną. Badanie wykazało potencjał i użyteczność syntezy danych S-1 i S-2 do opracowywania map aplikacyjnych zmiennego nawożenia, gdyż umożliwia ich tworzenie również w okresie niedostępności aktualnych danych optycznych. Proponowana metoda może stanowić uzupełnienie dla rozwiązań stosowanych obecnie w rolnictwie precyzyjnym.

EN

Regular crop monitoring during a vegetation season is necessary to make right decisions in precision agriculture. It is usually based on multispectral satellite data but their use is often limited by cloud cover. This problem can be reduced by applying data from synthetic aperture radar (SAR) satellite sensors that operate independently of cloudiness. The aim of this study was to develop maps of variable nitrogen fertilization for winter oilseed rape, by modelling Leaf Area Index (LAI) using Sentinel-1 (S-1) and Sentinel-2 (S-2) data. Satellite and in-situ data were collected for several fields during two growing seasons in various regions of Poland. Backscattering coefficients derived from S-1 were used as input to the LAI estimation process using different regression techniques. Due to the characteristics of radar imagery, LAI was estimated as an average value for a single field achieving the best results with a Random Forest algorithm (R2=0.85; RMSE=0.41). In order to increase the precision required for agrotechnical treatments, the relationship between LAI calculated using the latest available cloudless S-2 image and LAI derived from S-1 was established. That allowed for spatial differentiation of LAI values within a field at the level of 10×10 m pixel for the clouded period. LAI map prepared in the process of synthesis allowed to estimate the amount of nitrogen taken up so far by winter oilseed rape. Using this information, the dose of fertilizer was adjusted to the current needs of plants in the prepared application maps of variable fertilization. This study showed the potential and usefulness of the S-1 and S-2 data synthesis for developing maps of variable fertilization, as it enabled their creation also in the period of unavailability of optical data. The method can become a complement to the current solutions in precision agriculture.

4

Mud volcano as a feature of emergence in Caspian Sea

Ghaderi Danial, Rahbani Maryam

Oceanologia

|

2022

|

No. 64 (3)

503--513

EN

An eruption occurred on Dashli Island, 75 km from Baku, on 4th of July 2021, at 21:51 local time. The island is known as the mud volcano and has a history of eruption. We suspected that mud volcano eruption causes emergence on this island. Thus, the effect of this 2021 eruption is investigated using a remote sensing technique. Processed Sentinel-1 and 2 images are employed for this aim. We considered pre- and post-eruption scenarios to evaluate the effect of this eruption on the island. Satellite image classification is used to calculate shoreline changes. Results show that Dashli Island with an area of about 8.55 ha before eruption is now expanded to about 21.8 ha (about 155% increase). The DInSAR method is used to estimate the ground displacement of the island. According to the results, a two-year-displacement before the eruption was between 0.18 and 0.2 m, while a five-month-displacement after the eruption is estimated to be between 0.32 and 0.4 m. Considering ground displacement pre- and post-eruption we estimated 62000 m3 land gaining, due to emergence. We concluded that mud volcano can be counted as a feature of emergence in Dashli Island

5

The Application of Remote Sensing Techniques and Spectral Analyzes to Assess the Content of Heavy Metals in Soil – A Case Study of Barania Góra Reserve, Poland

Sobura Szymon, Widłak Małgorzata, Hejmanowska Beata, Muszyńska Joanna

Geomatics and Environmental Engineering

|

2022

|

Vol. 16, no. 4

187--213

EN

The understanding of the spatial and temporal dynamics of farmland processes is essential to ensure the proper crop monitoring and early decision making needed to support efficient resource management in agriculture. By creating appropriate crop management strategies, one can increase harvest efficiency while reducing costs, waste, chemical spraying, and inhibiting the impact of biotic and abiotic factors on crop stress. Only reliable spatial information makes it possible to comprehend the influence of various factors on the environment. The main objective of the research presented in the paper was to assess the possibility of using maps of vegetation and soil indices, such as NDVI, SAVI, IRECI, CIred-edge, PSRI and HMSSI, calculated on the basis of images from the Sentinel-2 satellite, to qualitatively determine the increased amount of heavy metals in the soil in the areas of small agricultural plots around the Barania Góra nature reserve in Poland. The conducted pilot project shows that the spectral indices: NDVI, SAVI, IRECI, CIred-edge, PSRI, and HMSSI, calculated on the basis of images from Sentinel-2, have the potential to assess the content of nickel zinc, chromium and cobalt in the soil on agricultural plots. However, the confirmation of the obtained results requires continuation of the research.

6

Forest Community Mapping Using Hyperspectral (CHRIS/PROBA) and Sentinel-2 Multispectral Images

Głowienka Ewa, Zembol Nicole

Geomatics and Environmental Engineering

|

2022

|

Vol. 16, no. 4

103--117

EN

The possibility to use hyperspectral images (CHRIS/PROBA) and multispectral images (Sentinel-2) in the classification of forest communities is assessed in this article. The pre-processing of CHRIS/PROBA image included: noise reduction, radiometric correction, atmospheric correction, geometric correction. Due to MNF transformation the number of the hyperspectral image channels was reduced (to 10 channels) and smiling errors were removed. Sentinel-2 image (level 2A) did not require pre-processing. Three tree genera occurring in the study area were selected for the classification: pine (Pinus), alder (Alnus) and birch (Betula). Image classification was carried out with three methods: SAM (Spectral Angle Mapper ), MTMF (Mixture Tuned Matched Filtering), SVM (Support Vector Machine). For the CHRIS/PROBA image, the algorithm SVM turned out to be the best. Its overall accuracy (OA) was 72%. The poorest result (OA = 52%) was for the MTMF classifier. In the classification of Sentinel-2 multispectral image the best result was for the MTMF method: OA = 82%, kappa coefficient 0.7. For other methods, the overall accuracy exceeded 65%. Among the classified genera, the highest producer’s accuracy was obtained for pine (PA = 96%), and the broad-leaf genera: alder and birch had PA ranging from 42% to 85%.

7

Using Sentinel-2 satellite imagery in the analysis of forest cover changes following the storm of 2017 – case study of the Przymuszewo Forest Inspectorate in Poland

Szczepańska Małgorzata, Rurek Mirosław

Geography and Tourism

|

2022

|

Vol. 10, No. 2

17--31

EN

Climate change is causing increasingly frequent extreme events (including strong winds), which are becoming an integral part of the natural environment. In 2017, from the 11th to 12th of August, a storm passed causing catastrophic damage in general and to forest resources in particular. The study aims to determine the feasibility of using Sentinel-2 satellite imagery and other GIS tools and techniques for estimating forest damage caused by the storm in the Przymuszewo Forest Inspectorate. The analysis of forest cover changes was performed using the NDVI and BI2 index as well as unsupervised classification predicated on satellite imagery obtained before and after the storm. It was calculated that a total of 2,048.1 hectares of forest was damaged based on the NDVI index and 1,661.7 hectares based on the unattended classification, whereas the area of agricultural and and non-forest land based on the BI2 index was 1,739.1 hectares. These figures are comparable to the records of post-storm losses from the Przymuszewo Forest Inspectorate. This indicates a considerable feasibility of Sentinel-2 satellite imagery in assessing damage caused by extreme phenomena (strong winds) in forest areas, which is true both on a regional and global scale owing to the wide range of imaging (up to 290 km). The only limitation for Sentinel-2 satellites is heavy cloud cover, as the emitted radiation does not penetrate clouds.

8

'The sky is not the limit' - GIS analysis of Sentinel-2 imagery for heritage protection and management

Żuk Lidia, Tomczak Sonia, Mamić Luka

GIS Odyssey Journal

|

2021

|

Vol. 1, no. 2

103--122

EN

This article aims to demonstrate the potential of Sentinel-2 and GIS for heritage monitoring, protection and management. Applications of remote sensing in heritage strategies have been explored for decades. However, new possibilities were opened up with the launch of the European Union's Earth Observation Programme Copernicus. Systematic and frequent global coverage of land surface offered by one of its products – Sentinel-2, provides an almost instant insight into sudden events and long- term processes that affect heritage around the world. Following new developments in remote sensing, GIS provides tools to integrate data for their effective processing, analysis, interpretation and dissemination of results. We will explore the potential and limitations of those datasets and tools using UNESCO World Heritage sites from Sudan as case studies. In particular, we will tackle issues related to interpretation of changes around heritage sites, attempt to estimate their recent conditions and identify existing and/ or potential threats.

9

The Application of Sentinel-2 Data for Automatic Forest Cover Changes Assessment – Białowieża Primeval Forest Case Study

Pelc-Mieczkowska Renata

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2021

|

Vol. 31, no. 4

148--166

EN

Sentinel-2 mission, as a part of European Space Agency Earth Observation Program Copernicus, designed specifically for Earth surface observations provides images in 13 bands. That imaging is used to analyse many subject areas as Land monitoring, Emergency management, Security and Climate change. In the presented paper the application of Sentinel-2 data for automatic forest cover changes detection has been analysed. As input data, B02, B03, B04 and B08 bands have been used to compute Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Enhanced Normalized Difference Vegetation Index (ENDVI). To track changes in the forest cover over the years, for each pixel the difference in the value of vegetation indices between consecutive years have been calculated. Then the threshold was set at the level of 0.15. The values of differences above the threshold mean a significant decrease in the quality of vegetation and may be considered areas of deforestation.

10

Sentinel-2 nowe źródło danych w badaniach koryt rzecznych

Kryniecka Klaudia, Magnuszewski Artur

Gospodarka Wodna

|

2020

|

Nr 7

13--18

PL

Zmiany morfologiczne zachodzące w korytach rzek są dynamiczne i wymagają monitorowania. Skutecznym sposobem śledzenia dynamiki zmian są analizy obrazów satelitarnych, które pozwalają na określenie geometrii form korytowych i tempa ich deformacji. W pracy omówiono źródła danych satelitarnych, w tym także tworzony przez IMGW-PIB portal „Sat4Envi". Przedstawione zostały parametry techniczne misji satelitarnej Sentinel-2 (rozdzielczość radiometryczna, spektralna, przestrzenna i czasowa), a także możliwości zastosowania zdjęć optycznych. Jako przykład w badaniach form korytowych pokazano wskaźniki teledetekcyjne NDWI, MNDWI, AWEInsh, AWEIsh, LSWI, MLSWI, SWM, obliczone na podstawie obrazu Sentinel-2 zarejestrowanego w dniu 5/09/19. Celem analizy jest wyróżnienie form korytowych w wybranym odcinku koryta dolnej Wisły (km 816-828) w warunkach niskiego przepływu oraz analiza przemieszczenia form korytowych w ciągu roku. Wyniki pokazują przydatność danych satelitarnych do badania form korytowych dużych rzek.

EN

Morphological changes occurring in riverbeds are dynamic and need to be monitored. An effective method of following the dynamics of such changes are satellite image analyses, which allow for determination of the riverbed forms geometry and their deformation rate. The article discusses the sources of satellite data, including the Sat4Envi portal created by the Institute of Meteorology and Water Management - National Research Institute. It presents technical parameters of the Sentinel-2 satellite mission (radiometric, spectral, spatial and temporal resolution), as well as the possibility to use optical photographs. As an example of data used in research on riverbed forms, the authors discuss the NDWI, MNDWI, AWEInsh, AWEIsh, LSWI, MLSWI and SWM remote sensing indexes, calculated based on the Sentinel-2 image recorded on 05/09/2019. The aim of the analysis is identification of riverbed forms in the selected section of the lower Vistula River (km 816-828) in low flow conditions and an analysis of riverbed forms movement throughout the year. The results show the useful char- acter of satellite data in research on large riverbed forms.

11

Flooded wetlands mapping from Sentinel-2 imagery with spectral water index : a case study of Kampinos National Park in central Poland

Solovey Tatiana

Geological Quarterly

|

2020

|

Vol. 64, No. 2

492--505

EN

Flood monitoring of wetlands and floodplains is a new issue in remote sensing, as compared to the mapping of open water bodies. The method based on spectral water indices, calculated on the basis of green, red and shortwave infrared bands, is one of the most popular methods for the recognition of a water body in multispectral images. The recently introduced Sentinel-2 satellite can provide multispectral images with high spatial resolution. This new data set is potentially of great importance for flood mapping, due to its free access and the frequent revisit capabilities. In this study, three popular water indices (Modified Normalized Difference Water Index, Normalized Difference Pond Index and Normalized Difference Turbidity Index) were used. The efficiency of the proposed method was tested experimentally using the Sentinel-2 image for the Kampinos National Park in Poland. The experiment compared four extraction algorithms including three based on individual water indicators and one on a combination of them. The results showed that the 10-metre false colour composite produced significantly improved the recognition of flooding in wetland areas by comparison with single spectral water indices. In this way, flooded wetlands were mapped based on the Sentinel-2 data set for the years 2017-2018.

12

Automatic detection of dominant crop types in Poland based on satellite images

Pluto-Kossakowska Joanna, Pilarska Magdalena, Bartkowiak Paulina

Artificial Satellites : Journal of Planetary Geodesy

|

2020

|

Vol. 55, No. 4

185--208

EN

The assumption of the European Union Common Agricultural Policy is to maintain good agricultural practices for sustainability in the environment. A number of requirements are imposed on farmers, including the maintenance of permanent grassland, fallow land or crop diversification. To meet these requirements, the European Union guarantees subsidies, but at the same time fields must be monitored focusing on crop identification. The limitation of field inspection and substituting it with crop recognition using satellite images could increase the effectiveness of this procedure. The application of satellite imagery in automatic detection and identification of dominant crops over a large area seems to be technically and economically sound. The paper discusses the concept and the results of automatic classification based on a Random Forests classifier performed on multitemporal images of Sentinel-2 and Landsat-8. A test site was established in a complex agricultural structure with long and narrow parcels in the south-eastern part of Poland. Time-series images acquired during the growing season 2016 were used for multispectral classification in different configurations: for Sentinel-2 and Landsat-8 separately and for both sensors integrated. Different Random Forests approaches and post-processing methods were examined based on independent data from farmers’ declarations records, reaching the best accuracy of over 90% for crops like winter or spring cereals. Overall accuracy of the classification ranged from 72% to 91% depending on the classification variant. The elaborated scheme is novel in the context of Polish complex agricultural structure and smallholders.

13

Mapping of windstorm damage occurring in the forest stands of Czerniejewo forest district (Polish State Forests National Holding) using aerial photographs and sentinel-2 satellite imagery

Krawczyk Wojciech, Wężyk Piotr

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2020

|

Vol. 32

13--35

EN

On the night of 11 and 12.08.2017 a severe hurricane passed over Poland, in a belt of almost 300 km, causing damage in forest stands of area exceeding 100 000 ha. The study aimed to demonstrate the implementation of remote sensing technologies in the process of determining the extent of forest stand damages in the Czerniejewo Forest District (RDLP Poznań) caused by wind and monitoring the progress of clean-up work. In this study were used digital aerial orthophotos commissioned by the State Forests National Forest Holding (PGL LP) and Sentinel-2 (ESA) satellite images as well. The area of damaged stands was determined with the use of two approaches, i.e.: supervised classification (approach A) and thresholding of values of Normalised Difference Vegetation Index - NDVI (approach B). The obtained results were compared to reference data obtained by visual interpretation of high resolution RGB aerial orthophotos by RDLP Poznań experts. Monitoring of the progress of the clean-up works in damaged stands was carried out in 9-time intervals. The conducted image classification and spatial GIS analyses showed that the area of stands damaged by the wind was for methods A and B: 579.16 ha and 516.01 ha, respectively, with 631.00 ha as the reference. The results obtained in the study indicate errors in underestimating the area of forest stand damage based on Sentinel-2, i.e.: 51.84 ha (8.2%) in the case of method A and by 114.99 ha (18.2%) for method B. In the whole analysed time, clean-up operations were carried out on the total area of 762.33 ha of damaged forest stands, and their highest intensity was observed in the first 4 months after the storm. The work showed the applicability of free of charge Sentinel-2 (ESA) satellite imagery in the process of determining the extent of forest stand damages, pointing to the supervised classification method (Maximum Likelihood algorithm; ML) as more accurate than using the threshold of NDVI.

PL

W nocy 11/12.08.2017 nad Polską, w pasie o długości niemal 300 km, przeszła bardzo silna nawałnica powodując zniszczenia drzewostanów na obszarze 100 000 ha. Celem prezentowanej pracy było zademonstrowanie implementacji technologii teledetekcyjnych w procesie określania zasięgu uszkodzeń drzewostanów w Nadleśnictwie Czerniejewo (RDLP Poznań) spowodowanych przez wiatr oraz monitorowania postępu prac uprzątających. W pracy wykorzystano wykonane na zlecenie PGL Lasy Państwowe cyfrowe ortofotomapy lotnicze, a także zobrazowania satelitarne z misji Sentinel-2 (ESA). Powierzchnię uszkodzonych drzewostanów określano dwoma metodami, tj.: klasyfikacji nadzorowanej - metoda A oraz progowania wartości znormalizowanego wskaźnika roślinności (NDVI) - metoda B. Otrzymane wyniki porównano do danych referencyjnych uzyskanych na drodze interpretacji wzrokowej wysokorozdzielczych ortofotomap lotniczych RGB dokonanych przez ekspertów RDLP Poznań. Monitorowania postępu prac uprzątających prowadzonych w zniszczonych drzewostanach dokonano w 9 przedziałach czasowych. Analizy przestrzenne GIS wykazały, iż powierzchnia uszkodzonych przez wiatr drzewostanów wyniosła dla metody A oraz B, odpowiednio: 579.16 ha oraz 516.01 ha, przy czym za referencję przyjęto 631.00 ha. Uzyskane w pracy wyniki wskazują na błędy niedoszacowania obszaru zniszczeń drzewostanów, tj.: 51.84 ha (8.2%) dla metody A oraz o 114.99 ha (18.2 %) dla metody B. W ciągu całego analizowanego okresu prace uprzątające wykonano na łącznej powierzchni 762.33 ha uszkodzonych drzewostanów, przy czym największą ich intensywność stwierdzono w pierwszym okresie 4 miesięcy po wystąpieniu nawałnicy. Praca wykazała przydatność nieodpłatnych zobrazowań satelitarnych Sentinel-2 (ESA) w procesie określania zasięgu uszkodzeń drzewostanów, wskazując na metodę klasyfikacji nadzorowanej (algorytm maksymalnego prawdopodobieństwa) jako dokładniejszą, niż korzystanie z wartości wskaźnika roślinnego NDVI.

14

Analysis of Selected Physicochemical Parameters and Degradation Process Assessment in a Two-Stage Reservoir Jezioro Kowalskie Using Field and Remote Sensing Data

Jaskuła Joanna, Sojka Mariusz, Wicher-Dysarz Joanna

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2019

|

Tom 21, cz. 1

439--455

EN

The paper presents the results of changes of water quality parameters in a two-stage reservoir, observed in the period 2015-2016. The primary objective of the study was to analyse the spatial changes of the water quality parameters in the two-stage reservoir Jezioro Kowalskie. The second purpose was to assess the dynamics of the vegetation process on the basis of Sentinel-2 satellite data. The study adopts the following research hypotheses: 1) the pre-reservoir limits the inflow of the biogenic compounds to the main reservoir, 2) the vegetation process in the pre-dam reservoir is greater than in the main reservoir. The Jezioro Kowalskie reservoir has two-stage construction – the main and the pre-dam zone. The main role of the pre-dam reservoir is to store sediments and water pollutants. In this study, 13 water quality parameters were analyzed: electrical conductivity (EC), chlorides (Cl-), calcium (Ca2+), magnesium (Mg2+), iron (Fe3+), hardness (Hard), pH, total alkalinity (TAl), total acidity (TAc), ammonium nitrogen (N-NH4), nitrate nitrogen (N-NO3), nitrite nitrogen (N-NO2), phosphate (PO43-). The samples were collected from 4 points, including two points in the pre-reservoir and two points in the main part. In order to determine parts of the reservoir which are exposed to the degradation process, the spatio-temporal changes were analyzed on the basis of the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) spectral index. The analyses showed that the NDVI values in the period 2015-2018 in the pre-dam reservoir were higher than those recorded in the main reservoir. In the main reservoir, NDVI values were lower and characterized by similar variability. The study confirms the research hypothesis: the pre-reservoir protects the main part, limiting inflow of biogenic compounds which have an impact on the degradation process (overgrowth, eutrophication). The obtained results confirm that Sentinel-2 satellite imagery allows analysis of the vegetation process in retention reservoirs in terms of time and space.

PL

W pracy przedstawiono zmiany wartości parametrów jakości wody w dwustopniowym zbiorniku retencyjnym w latach 2015-2016. Podstawowym celem pracy była analiza przestrzennych zmian jakości wody zachodzących w zbiorniku Jezioro Kowalskie. Drugim celem była ocena dynamiki degradacji zbiornika (zarastania, eutrofizacji) na podstawie danych satelitarnych Sentinel-2. W pracy przedstawiono hipotezy badawcze: 1) zbiornik wstępny ogranicza dopływ zanieczyszczeń do głównej części, skupiając związki biogenne we wstępnej części, 2) procesy degradacji (zakwitów, eutrofizacji) występują w zbiorniku wstępnym. Zbiornik Jezioro Kowalskie ma dwustopniową konstrukcję, wydzielono w nim część główną oraz wstępną. Do podstawowych zadań zbiornika wstępnego należy ograniczenie dopływu związków biogennych oraz sedymentacji do części głównej. Przeanalizowano wartości 13 parametrów jakości wody: przewodność elektr. (EC), chlorki (Cl-), wapń (Ca2+), magnez (Mg2+), żelazo (Fe3+), twardość og. (Hard), pH, zasadowość og. (TAl), kwasowość og. (TAc), azot amonowy (N-NH4), azot azotanowy (N-NO3), azot azotynowy (N-NO2), fosforany (PO43-). Próbki pobierane były łącznie z 4 punktów pomiarowo-kontrolnych, dwa z nich zlokalizowane były w części wstępnej oraz dwa w zbiorniku głównym. Woda dopływająca do zbiornika retencyjnego charakteryzowała się wysokimi stężeniami związków biogennych. W celu dokładnego określenia części zbiornika narażonych na proces degradacji, do analizy zachodzących zmian wykorzystano indeks NDVI obliczony na podstawie zdjęć satelitarnych Sentinel-2. Przeprowadzone analizy wykazały, że wartości wskaźnika NDVI w miesiącach wegetacyjnych 2015-2018 były wyższe w zbiorniku wstępnym. Część główna zbiornika charakteryzowała się niższymi wartościami i większą stabilnością wskaźnika NDVI. Na podstawie uzyskanych wyników, potwierdzono, że część wstępna pełni funkcję ochronną zbiornika głównego, m.in. ogranicza dopływ związków biogennych, powodujących procesy degradacji (zarastania, eutrofizacji). Uzyskane wyniki potwierdzają możliwość zastosowania danych satelitarnych Sentinel-2 do analizy procesu wegetacji w zbiornikach retencyjnych w ujęciu czasowym i przestrzennym.

15

Free water table area monitoring on wetlands using satellite and UAV orthophotomaps - Kampinos National Park case study

Góraj Maciej, Wróblewski Cezary, Ciężkowski Wojciech, Jóźwiak Jacek, Chormański Jarosław

Meteorology Hydrology and Water Management. Research and Operational Applications

|

2019

|

Vol. 7, Iss. 1

23--30

EN

The surface water table level is a crucial factor for the existence of wetland habitats, and valuable from the point of view of environmental protection. In particular, surface water table in a hydrological year play an important role, affecting the seasonal changes in conditions of the development of species inhabiting a given patch of vegetation. The occurrence of floods often determines the possibility of survival of a given plant community. Information on the seasonal variability of surface waters, and above all the range of seasonal floods, is very important from the point of view of planning protection activities in National Parks in order to preserve wetland habitats. Nowadays, remote sensing data is an important source of spatial information, particularly those characterized by low cost data acquisition and processing. One such source is imagery collected from satellites, along with products freely distributed by the European Space Agency. Satellites of the Sentinel constellation provide multi-spectral optical remote sensing images recorded at visible and infrared wavelengths. Due to the short satellite revisit time of the Sentinel, the images from this satellite constitute a potential source of information for the monitoring of moisture on wetlands with a high temporal resolution. In this study, the authors aim to demonstrate the possibilities associated with the use of satellite images to monitor the range of a free surface water table in the pilot area located within the basin of the Łasica Channel, located in the Kampinos National Park (Poland). The accuracy of the results of the remote sensing transformations will be assessed using high resolution RGB images obtained with the use of unmanned aerial vehicles (UAV) and control points measurements. The maps of free water table has been acquired as an result of ensemble regressors (Random Forest, Extra Trees, Bagging). Regressors has been learned and applied for two sessions. Promising results were obtained indicating the possibility of using the proposed method on a similar scale.

16

An analysis of flooding coverage using remote sensing within the context of risk assessment

Solovey Tatiana

Geologos

|

2019

|

Vol. 25, No. 3

241--248

EN

Results of research of the identification of flooding as a result of groundwater table fluctuations on the example of the valley of the River Vistula, with the use of multi-spectral Sentinel-2 images from the years 2017-2018 are presented. An analysis of indexes of water use, calculated on the basis of green, red and shortwave infrared (SWIR) bands, for extraction of water objects and flooded areas was carried out. Based on the analyses conducted, a mapping method was developed, using three water indexes (MNDWI Modified Normalised Difference Water Index, NDTI Normalised Difference Index and NDPI Normalised Difference Pond Index). Results show that the 10 metre false colour composite RNDTIGNDPIBMNDWI obtained significantly improved submerged extractions more than did individual water indexes. Moreover, the 10-m-images of MNDWI and NDPI, obtained by the sharpening High Pass Filter (HPF), may represent more detailed spatial information on floods than the 20-m-MNDWI and NDPI, obtained from original images.

17

Ocena obrazowych danych teledetekcyjnych do identyfikacji obiektów w zielonej i błękitnej infrastrukturze

Pluto-Kossakowska Joanna, Władyka Monika, Tulkowska Weronika

Teledetekcja Środowiska

|

2018

|

T. 59

13--27

PL

W ostatnich latach koncepcja zielonej i błękitnej infrastruktury zdobywa coraz większe uznanie i coraz częściej jest wdrażana również w polskich miastach i gminach. Pełni wiele ważnych funkcji, począwszy od aspektu rekreacyjnego, ekologicznego i ekonomicznego aż po gospodarczy. Koncepcja ta przywiązuje szczególną wagę do elementów środowiska przyrodniczego przy podejmowaniu decyzji dotyczących głównie zagospodarowania przestrzennego, ale też do aspektów jego monitorowania i zarządzania. Aby sprostać temu zadaniu niezbędne jest odwołanie się do aktualnych danych przestrzennych. Można z powodzeniem wykorzystać istniejące bazy danych przestrzennych, jak np. BDOT10k, Natura 2000 czy inne tematyczne powstające w urzędach miast, np. w biurach ochrony środowiska. Wymagają one jednak ustawicznej aktualizacji i tu w sukurs przychodzą zdjęcia wielospektralne, które mogą znacznie przyspieszyć i zautomatyzować proces aktualizacji bazy danych przestrzennych. W zależności od potrzeb i szczegółowości bazy danych można do tego celu wykorzystać dane optyczne z pułapu lotniczego lub satelitarnego. Celem przeprowadzonych badań jest analiza możliwości wykorzystania ortofotomapy lotniczej oraz zdjęcia satelitarnego Sentinel-2 pozyskanych dla dwóch różnych obszarów badawczych. Do eksperymentów zostały wybrane obszary testowe odmienne pod względem charakterystyki pokrycia terenu, stopnia zainwestowania i krajobrazu. Była to gmina miejsko-wiejska o krajobrazie rolniczym oraz centralna dzielnica miasta wojewódzkiego o wysokim wskaźniku zurbanizowania. Opracowano i przetestowano metodykę przetwarzania ortofotomapy i zdjęcia satelitarnego w celu ekstrakcji informacji o obiektach topograficznych reprezentujących roślinność oraz wody będącymi integralną częścią bazy danych „błękitnej i zielonej infrastruktury”. Przeprowadzone badania i analizy porównawcze wskazały na potencjał i ograniczenia obu źródeł danych teledetekcyjnych.

EN

In recent years, the concept of green and blue infrastructure has been earning recognition and is increasingly being implemented in Polish cities and municipalities. It serves many important functions, ranging from recreational, ecological aspects to economic ones. This concept attaches particular attention to elements of the natural environment when making decisions regarding mainly spatial development, but also to aspects of its monitoring and management. To meet this task, it is necessary to refer to current spatial data. It is possible to successfully use existing spatial databases such as BDOT10k, Natura 2000 or other thematic created in city offices, e.g. in environmental protection offices. However, they require constant updating and here remote sensing data comes in, which speeds up the database update process. Depending on the needs and detail of the database, you can obtain data for this purpose from both the air and satellite altitude. The purpose of the research was to analyze the possibilities of using an aerial orthophotomap and a Sentinel-2 satellite image obtained for two different research areas. Test areas that were different in terms of land cover and local government units were selected for the experiments. It was an urban-rural commune with an agricultural landscape and the central district of a selected provincial city with a high urban index. The methodology of orthophotomap and satellite image processing and extraction of information about topographic objects related to vegetation and waters being an integral part of the „blue and green infrastructure” database was developed and tested. The conducted research and comparative analyzes indicated the potential and limitations of both sources of remote sensing data.

18

Analysis of the Vegetation Process in a Two-stage Reservoir on the Basis of Satellite Imagery – a Case Study: Radzyny Reservoir on the Sama River

Jaskuła J., Sojka M., Wicher-Dysarz J.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2018

|

Tom 20, cz. 1

203--220

EN

The main purpose of the study was to assess the dynamics of the vegetation process in a two-stage reservoir on the basis of satellite data. The analysis is based on Sentinel-2 satellite data from the period 2015-2017. The normalized difference vegetation index (NDVI) was selected to detect the vegetation process in the Radzyny reservoir located on the Sama river. The reservoir is split into two parts – the main and the pre-dam zone. The main role of the pre-dam reservoir is to store sediments and water pollutants. The main problem related to the management of the Radzyny reservoir is water quality. Particularly high concentrations of phosphorus compounds may lead to reservoir vegetation. The vegetation process was analyzed for the main and pre-dam reservoir. To specify areas mainly affected by vegetation, the reservoir was split into 10 parts, depending on the distance from the inflow of the Sama river (distance between profiles splitting polygons is 500 m). All calculations were performed using Quantum GIS 2.18 and ArcGIS 10.5 software, and statistical analysis was conducted with Statistica 13 software. The analysis showed that the NDVI values in the period from May to September in the pre-dam reservoir were higher than those recorded in the main reservoir. The greatest variation of the NDVI within the pre-dam reservoir was observed in August while the lowest was observed in May. In the main reservoir, NDVI values were characterized by similar variability. The analysis of the vegetation process along the reservoirs showed that in the pre-dam reservoir in zones 1-4 there was a marked decrease in the NDVI. The highest NDVI values occurred at the inlet to the pre-dam reservoir (zone 1) while the lowest values occurred near the pre-dam (zone 4). The results indicate that the functions assumed at the design stage for the preliminary reservoir have been implemented, i.e. protection of the main reservoir against sediment accumulation and water quality degradation. SENTINEL-2 satellite imagery allows analysis of the vegetation process in retention reservoirs in terms of time and space. The study suggests that open-access satellite data are a more effective source for aquatic monitoring than traditional in situ measurements, in which water bodies are represented by a single sampling point.

PL

Celem pracy była analiza procesu wegetacji w dwustopniowym zbiorniku retencyjnym na podstawie zdjęć satelitarnych. Do analizy wykorzystano zobrazowania z satelity Sentinel-2 z okresu 2015-2017. Ocenę procesu wegetacji w zbiorniku Radzyny na rzece Samie przeprowadzono na podstawie indeksu spektralnego - Normalized Vegetation Index (NDVI). Analizowany zbiornik Radzyny ma dwustopniową konstrukcję. Wydzielono w nim część główną oraz wstępną. Do podstawowych zadań części wstępnej należy ochrona zbiornika głównego przed sedymentacją oraz dopływem związków biogennych. Jednym z podstawowych problemów związanych z funkcjonowaniem zbiornika Radzyny jest dopływ związków fosforu, który prowadzi do eutrofizacji wód gromadzonych w zbiorniku. Proces wegetacji w zbiorniku Radzyny był analizowany dla części wstępnej oraz zbiornika głównego. W celu dokładnego określenia części zbiornika, które są najbardziej narażone na proces degradacji, podzielono zbiornik na 10 części, w zależności od odległości od wpływu rzeki Sama (dystans pomiędzy przekrojami ograniczającymi wydzielone strefy wynosił 500 m). Wszystkie analizy przestrzenne wykonane zostały w programie Quantum GIS 2.18 oraz ArcGIS 10.5. Analizy statystyczne zostały przeprowadzone w programie Statistica 13. Przeprowadzone analizy wykazały, że wartości wskaźnika NDVI w okresie od maja do września były wyższe w zbiorniku wstępnym. Największą zmienność wskaźnika NDVI w części wstępnej zaobserwowano w sierpniu, natomiast najmniejszą w maju. Zbiornik główny w okresie 2015-2017 charakteryzował się niższymi wartościami i większą stabilnością wskaźnika NDVI. Analiza zmienności NDVI wykazała, że w części wstępnej (strefy 1-4) następuje spadek wartości na długości zbiornika. Najwyższe wartości wskaźnika występują w pobliżu wpływu rzeki do zbiornika (strefa 1), podczas gdy najniższe przy przegrodzie (strefa 4). Na podstawie uzyskanych wyników, potwierdzono, że część wstępna pełni funkcję ochronną zbiornika głównego, m.in. ogranicza dopływ związków biogennych oraz skupia proces akumulacji osadów dennych. Uzyskane wyniki potwierdzają możliwość zastosowania danych satelitarnych Sentinel-2 do analizy procesu wegetacji w zbiornikach retencyjnych w ujęciu czasowym i przestrzennym. Stwierdzono, że analiza na podstawie zobrazowań satelitarnych charakteryzuje się większą efektywnością w monitoringu środowisk wodnych niż tradycyjne pomiary terenowe, w których wody powierzchniowe oceniane są na podstawie pojedynczych pomiarów.

19

Spatial and Temporal Variability of Moisture Condition in Soil-Plant Environment using Spectral Data and Gis Tools

Grzywna H., Dąbek P. B., Olszewska B.

Journal of Ecological Engineering

|

2018

|

Vol. 19, nr 6

56--64

EN

The studies on agricultural droughts require long-term atmospheric, hydrological and meteorological data. On the other hand, today, the possibilities of using spectral data in environmental studies are indicated. The development of remote sensing techniques, increasing the spectral and spatial resolution of data allows using remote sensing data in the study of water content in the environment. The paper presents the results of the analysis of moisture content of soil-plant environment in the lowland areas of river valley using the spectral data from Sentinel-2. The analyses were conducted between February and November 2016. The spectral data were used to calculate the Normalize Differential Vegetation Index (NDVI) which provided the information about the moisture content of the soil-plant environment. The analyses were performed only on grasslands, on 22 objects located in the research area in the Oder river valley between Malczyce and Brzeg Dolny, Poland. The NDVI values were correlated with the hydrological and meteorological parameters. The analyses showed spatial and temporal variability of the moisture conditions in the soil-plant environment showed by the NDVI variability and existence some relationships between the climatic and spectral indices characterizing the moisture content in the environment.

20

Feasibility study of vegetation indices derived from Sentinel-2 and PlanetScope satellite images for validating the LAI biophysical parameter to monitoring development stages of winter wheat

Gurdak Radoslaw, Grzybowski Patryk

Geoinformation Issues

|

2018

|

Vol. 10, no. 1(10)

27--35

EN

The main objective of the presented work is to assess applicability of vegetation indices derived from non-commercial and commercial satellites for monitoring development stages of winter wheat. Two types of data were used in the study: Sentinel-2 and PlanetScope images. Various vegetation indices were derived from these data and correlated with ground measured LAI values. The results of the study revealed that there is a good relationship between satellite based indices – Normalized Difference Vegetation Index – NDVI, Enhanced Vegetation Index – EVI, Soil Adjusted Vegetation Index – SAVI and ground based LAI, but strength of this relation depends on the phase of crop development. Sentinel-2 and PlanetScope data are suitable for estimating LAI with high accuracy and their precision for LAI determination is very similar. Depending on availability, they can be used interchangeably. The highest correlation between ground measured LAI and vegetation indices for Sentinel-2 appeared SAVI – r = 0.862 (phase: early tillering) and for PlanetScope NDVI – r = 0.667 (phase: ripening). Compatibility of average LAI values derived from PlanetScope and Sentinel-2 images are 33.21% and 10.63%.

PL

Głównym celem prezentowanej pracy jest ocena przydatności wskaźników roślinnych pochodzących z komercyjnego i niekomercyjnego satelity do monitorowania faz rozwoju pszenicy ozimej. W badaniach wykorzystano dwa typy danych: zobrazowania satelitarne PlanetScope i Sentinel-2. Na ich podstawie wygenerowano różne wskaźniki wegetacji i skorelowano je z wartościami LAI pomierzonymi w terenie. Wyniki analiz wykazały, że istnieje wysoki związek pomiędzy wskaźnikami NDVI, EVI i SAVI a naziemnymi wartościami LAI. Okazało się, że siła tej zależności zależy od fazy rozwoju upraw. Stwierdzono, że zobrazowania satelitarne Sentinel-2 i PlanetScope pozwalają na szacowania LAI z dużą dokładnością, a dokładność obu danych jest podobna. W zależności od dostępności bezchmurnych zdjęć, obrazy można stosować zamiennie.