Próba rozpoznania ekologicznych i produkcyjnych siedlisk łąkowych na podstawie sezonowej zmienności charakterystyk spektralnych i tekstury zarejestrowanych na zdjęciach satelitów Landsat

• Autorzy: Kosiński K. , Hoffmann-Niedek A. , Kozłowska T.

Warianty tytułu

EN

An attempt to identify ecological and productive meadow habitats on the basis of seasonal variation of spectral characteristics and texture registered on Landsat images

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Walory ekologiczne użytków zielonych zależą w znacznej mierze od ich uwilgotnienia (Kozłowska, 2005). Do rozpoznawania uwilgotnienia siedlisk w teledetekcji użytków zielonych wykorzystuje się różnice tonalne (Witek, Ochalska, 1968). W analizach wilgotnościowych obok zakresu widzialnego wykorzystuje się bliską i średnią podczerwień (Klaus et al., 2012; Remm, 2004). Podejmowane są próby zastosowania wskaźnika NDVI do szacowania biomasy (Kozłowska i in., 2000) oraz badania uwilgotnienia i jego zmian (Kozłowska et al., 2004, Miatkowski i in., 2006; Kosiński, Hoffmann-Niedek, 2008; Martinez, Ramil, Chuvieco, 2010). Wykorzystuje się cechy strukturalne obrazu, rozpatrywane na różnych poziomach rozdzielczości przestrzennej (Osinski, 2003; Schellberg et al., 2008). W monitoringu satelitarnym użytków zielonych z rozróżnieniem różnych form wilgotnościowych wykorzystuje się wieloczasowe dane spektralne (Debinski, Jakubauskas, Kindscher, 2000; Wang, Tenhunen, 2004). Dużą wagę przywiązuje się do terminów kwietniowych i majowych (przed pierwszym pokosem) oraz wrześniowych, po trzecim pokosie (Kozłowska, Rogowski, 1991, Weiers et al., 2004; Miatkowski i in., 2006; Kosiński, Hoffmann-Nie dek, 2008). Do rozpoznawania użytków zielonych wykorzystuje się również zobrazowania dwuczasowe zarejestrowane w odstępie wieloletnim (Kosiński, Hoffmann-Niedek, 2008). Na dwóch zdjęciach wykonanych w czternastoletnim odstępie w tej samej porze roku (początek maja), wzmocnionych spektralnie (NDVI), temporalnie (ilorazowy wskaźnik zmian NDVI) i przestrzennie (wskaźnik struktury pasowej obliczany z zastosowaniem zespołu filtrów kierunkowych), wydzielono siedliska produkcyjne i nieprodukcyjne (ekologiczne). Zastosowanie wskaźnika struktury pasowej pozwoliło oddzielić grądy zubożałe suche od spontanicznych samozadarnień poornych na siedliskach żyźniejszych i korzystniej uwilgotnionych. Celem niniejszej pracy jest analiza znaczenia zmienności sezonowej cech spektralnych i strukturalnych w identyfikacji siedlisk łąkowych. Podjęto próbę odpowiedzi na pytanie: jak wielu charakterystyk trzeba użyć, aby możliwe było wydzielenie podstawowych kategorii siedliskowych. Hipoteza robocza. Zmienność sezonowa jednej charakterystyki na zobrazowaniach satelitów serii Landsat pozwala odróżnić siedliska produkcyjne od ekologicznych. Problem. Wybór metody filtracji kierunkowej do obliczenia wskaźnika struktury pasowej: filtracja czterokierunkowa (Kosiński, Kozłowska, 2003; Kozłowska i in., 2004; Acharyya, Kundu, 2001), filtracja dwunastokierunkowa (Kosiński, 2007). Z uwagi na większą rozdzielczość kątową filtracji dwunastokierunkowej postawiono pomocniczą hipotezę, w myśl której ta właśnie filtracja powinna dać lepsze efekty od filtracji czterokierunkowej.

EN

The aim of this research was to verify the significance of spectral and textural seasonal changes for distinguishing. grassland habitats. The two main groups of habitats were studied according to water conditions: ecological and productive grasslands. The two Landsat ETM+ images were used, acquired in May 1 and September 10th Seasonal changes of spectral (ETM3,4,5) and panchromatic (ETM8) bands were calculated as well as, normalized differential indexes (NDVI and ND(5,3) = (ETM5 - ETM3)/(ETM5 + ETM3), textural indexes, obtained by multidirectional filtering (four directional (SSI4) and twelve-directional (SSI12) strip structure indexes. The ETM4 band proved to be the only characteristic statistically significant for distinguishing grassland habitats. Seasonal changes in ETM4 band allow to distinguish ecological grasslands with full producer accuracy. However, due to low user accuracy (30%) terrain verification or further classification is needed using additional characteristics.

Słowa kluczowe

PL

siedliska łąkowe; charakterystyka spektralna; tekstura; Landsat

EN

meadow habitats; spectral characteristics; texture; landsat

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Informacji Przestrzennej
• Czasopismo: Roczniki Geomatyki
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 10, z. 2
• Strony: 37--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kosiński K.

autor

Hoffmann-Niedek A.

autor

Kozłowska T.

• Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach,

Bibliografia

• 1. Acharyya M., Kundu M. K., 2001: An adaptive approach to unsupervised texture segmentation using M-Band wavelet transform, Signal Processing, Vol. 81, Issue 7, luty 2001, 1337-1356. http://www.sciencedirec1.com/science/ article/pii/SO 165168400002 784
• 2. Debinski D. M., lakubauskas E., Kindscher K., 2000: Montane meadows as indicators of environmental change. Environmental MonitoringandAssessment, 64, 213-225. http://www.kbs.ku.edu/people/stafCwww/kindscherlKindscher..1020publicaitonslKindscher..10202000% 20Montane
• 3. Klaus V. H., Kleinebecker T., Boch S., Mliller l., Socher S. A, Prati D., Fischer M., Holzel N., 2012: NIRS meets Ellenberg's indicator values: Prediction of moisture and nitrogen values of agricultural grassland vegetation by means of near-infrared spectral characteristics. Ecological lndicators, Vol. 14, Issue 1, 82-86.
• 4. Kosiński K., 2005: Zastosowanie procedury Region Growing w klasyfikacji użytków zielonych na podstawie zdjęć Landsat ETM+. Roczniki Geomatyki. t 3, z 2, PTIP, Warszawa, 69-76. http://ptip. org. pI/download/files/RG2005 z2-Kosinski. pdf
• 5. Kosiński K., 2007: Zastosowanie cech strukturalnych obrazu Landsat ETM+ w klasyfikacji obiektowej kompleksów krajobrazowo roślinnych. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji. Vol. 17a, 385-394. http://www.sgp.geodezja.org.pl/ptfit/wydawnictwa/dobczyce/voll 7 al3 9. pdf
• 6. Kosiński K., 2008: Teledetekcja użytków zielonych z zastosowaniem komercyjnego oprogramowania ERDAS i wolnego ILWIS. Teledetekcja Środowiska. Vol. 39,120-123. http://www.telegeo.wgsr.uw.edu.pl/Teledetekcja _Srodowiskaltom_391Kosinski. pdf
• 7. Kosiński K., Hoffmann-Niedek A, 2008: Klasyfikacja obiektowa użytków zielonych z wykorzystaniem wieloletnich zmian NDVI i filtracji kierunkowych obrazu satelitarnego. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji Vol. 18a, 273-282. http://www.sgp.geodezja.org.pl/ptfitlwydawnictwalmiedzyzdroje/calosc _18a _1.pdf
• 8. Kosiński K., Hoffmann-Niedek A, Kozłowska T., (w przygotowaniu): Ocena możliwości identyfikacji łąk produkcyjnych i ekologicznych na pojedynczym zdjęciu satelity Landsat. Woda, Środowisko, Obszary Wiejskie.
• 9. Kosiński K., Kozłowska T., 2003: Zastosowanie wskaźnika NDVI i filtracji kierunkowej do rozpoznawania użytków zielonych oraz analizy zmian siedlisk i zbiorowisk łąkowych. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji. Materiały Ogólnopolskiego Sympozjum Geoinformacji: "Geoinformacja zintegrowanym narzędziem badań przestrzennych". Vol. 13 B, 387-395. http://www.sgp.geodezja.org.pl/ptfitlwydawnictwalwroclaw-2003/B 1 0_ Kosinski%20Kozlowska%20% 2 OZastosowanie%20wskaznika%20ND VI%20i%20filtracj i. pdf
• 10. Kozłowska T., 2005: Zmiany zbiorowisk łąkowych na tle różnicowania się warunków siedliskowych w charakterystycznych obszarach dolin rzecznych Polski Centralnej. Woda, Środowisko, Obszary Wiejskie. Rozprawy naukowe i monografie, 14, 208s.
• 11. Kozłowska T., Dąbrowska-Zielińska K., Ostrowski l., Ciołkosz A, Stankiewicz K., Bochenek Z., 2000: Szacowanie plonów z użytków zielonych w skali regionalnej z zastosowaniem teledetekcji satelitarnej. Biblioteczka Wiadomości IMUZ, 95, 111s.
• 12. Kozłowska T., Kosiński K., Kwiecień R., Ziaja W., 2004: Zastosowanie wskaźnika NDVI do wyróżniania łąk o różnym poziomie użytkowania i uwilgotnienia. Woda, Środowisko, Obszary Wiejskie. t. 4, z. 1 (10),201-218. http://www.imuz.edu.pl/wydaw/ofertawyd/wodalzeszyt_2a_2004/artykuly/Kozlowska_in.pdf
• 13. Kozłowska T., Rogowski W., 1991: Możliwości zastosowania teledetekcji do inwentaryzacji użytków zielonych. Centralny Program Badawczo-Rozwojowy 10.2.3, 25-35.
• 14. Martinez S., Ramil P., Chuvieco E., 2010: Monitoring loss of biodiversity in cultural landscapes. New methodology based on satellite data. Landscape and Urban Planning, 94,127-140.
• 15. Miatkowski Z., Turbiak S., Kowalik W., Sołtysik A., Lewiński J., 2006: Przydatność zdjęć satelitarnych Landsat TM do identyfikacji intensywnie odwodnionych siedlisk hydrogenicznych w rejonie KWB Bełchatów. Woda, Środowisko, Obszary wiejskie. Rozprawy naukowe i monografie, 16, 2-80.
• 16. Osinski E., 2003: Operationalisation of a landscape-oriented indicator. Agriculture, Ecosystems and Environment 98,371-386.
• 17. Remm K., 2004: Case-based predictions for species and habitat mapping. Ecological Modelling, 177, 259281.
• 18. Schellberg J., Hill M. J., Gerhards R., Rothmund M., Braun M., 2008: Precision agriculture on grassland: Applications, perspectives and constraints. Europ. J. Agronomy, 29, 59-71.
• 19. Wang H., Tenhunen J .D., 2004: Vegetation mapping with multitemporal NDVI in North Eastern China Transect (NECT). International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 6, 17-31.
• 20. Weiers S. et al., 2004: Mapping and indicator approaches for the assessment of habitats at different scales using remote sensing and GIS methods. Landscape and Urban Planning. Vol. 67, Issue 1-4.
• 21. Witek T., Ochalska L., 1968: Przydatność zdjęć lotniczych w sporządzaniu wielkoskalowych map glebowych i glebowo-rolniczych. Fotointerpretacja w Geografii. Tom 6,73-85.