Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Integrating Vegetation Indices and Spectral Features for Vegetation Mapping from Multispectral Satellite Imagery Using AdaBoost and Random Forest Machine Learning Classifiers

Saini Rashmi

Geomatics and Environmental Engineering

|

2023

|

Vol. 17, no. 1

57--74

EN

Vegetation mapping is an active research area in the domain of remote sensing. This study proposes a methodology for the mapping of vegetation by integrating several vegetation indices along with original spectral bands. The Land Use Land Cover classification was performed by two powerful Machine Learning techniques, namely Random Forest and AdaBoost. The Random Forest algorithm works on the concept of building multiple decision trees for the final prediction. The other Machine Learning technique selected for the classification is AdaBoost (adaptive boosting), converts a set of weak learners into strong learners. Here, multispectral satellite data of Dehradun, India, was utilised. The results demonstrate an increase of 3.87% and 4.32% after inclusion of selected vegetation indices by Random Forest and AdaBoost respectively. An Overall Accuracy (OA) of 91.23% (kappa value of 0.89) and 88.59% (kappa value of 0.86) was obtained by means of the Random Forest and AdaBoost classifiers respectively. Although Random Forest achieved greater OA as compared to AdaBoost, interestingly AdaBoost provided better class-specific accuracy for the Shrubland class compared to Random Forest. Furthermore, this study also evaluated the importance of each individual feature used in the classification. Results demonstrated that the NDRE, GNDVI, and RTVIcore vegetation indices, and spectral bands (NIR, and Red-Edge), obtained higher importance scores.

2

A Study of the Processes of Desertification at the Modern Delta of the Ili River with the Application of Remote Sensing Data

Laiskhanov Shakhislam Uzakbaevich, Poshanov Maksat Nurbaiuly, Smanov Zhassulan Maratuly, Karmenova Nursipa Nursanovna, Tleubergenova Kenzhekey Akhmetvalievna, Ashimov Tazhihan Ashimovish

Journal of Ecological Engineering

|

2021

|

Vol. 22, nr 3

169--178

EN

The water regime is the main factor contributing to the formation of landscapes in the river deltas of arid zones, any fluctuations in which lead to a change in the integral hydromorphic landscape. After the construction of the Kapshagai reservoir, the anthropogenic load on the ecosystem of the Ili River delta increased, as a result of which degradation processes, such as drying out and salinization, intensified. In the short term, this phenomenon may lead to the desertification of about 1 million ha of land in the modern river delta. In this regard, the main goal of this study is to look at the processes of desertification in the modern delta of the Ili River, using remote sensing data, which allows for quick identification of the long-term dynamics of degradation processes. For this, the authors used satellite data from Landsat 1–5 MSSS and Landsat 8OLI satellites for 1979 and 2019 and soil analysis data obtained through the ground (field) surveys. Using regression analysis of space and soil data, predictors for interpreting space images were identified and maps of landscape drying and soil salinization were compiled, reflecting the changes that have occurred over the past 40 years. As a result, it was found that in 2019, compared to 1979, the area of landscapes covered with vegetation had decreased by 12% and there was a transformation of hydromorphic landscapes into salt marshes and solonetzes. Over the past 40 years, the volume of non-saline soils has decreased by 41.3% and the volume of saline soils has increased to varying degrees. That is, at present, on the territory of the modern delta, a difficult land improvement situation has developed associated with the cessation of spring and summer floods due to the intensive water use at the Chinese and Kazakh sides.

3

Assessment of the pine forests condition using forest factors, physiological characteristics and remote detection data

Szymanek Mariusz, Tanaś Wojciech, Sprawka Maciej, Pugachevsky Alexander, Sazonov Alexander, Kostyukevich Sergey, Kudin Mikhail, Puchilo Anatoly, Semyonov Oleg, Shukanov Vladimir

Agricultural Engineering

|

2021

|

Vol. 25, No. 1

29--49

EN

This paper evaluates the pathological condition of Belarusian forests with the use of monitoring of traditional forest factors and remote sensing data. The aim of the research was to assess the condition of pine forests to monitor forest degradation based on biochemical analyzes of needle samples and aviation monitoring with the use of monitoring data and remote detection. The remote shooting was carried out quasi-synchronously with the ground sampling of needles using an unmanned aircraft complex of an aircraft type. Based on the results of biochemical analyzes of needle samples, biochemical indicators that characterize the stability and physiological state of pine were determined: the level of peroxidation of membrane lipids; the release of water-soluble substances from plant tissues, which reflect the integrity of the cell walls; the content of photosynthetic pigments in the needles.

PL

W artykule dokonano oceny stanu patologicznego białoruskich lasów na podstawie monitoringu tradycyjnych czynników leśnych i danych teledetekcyjnych. Ocenę stanu lasów sosnowych w celu określenia ich degradacji przeprowadzono na podstawie analiz biochemicznych próbek igieł oraz zdalnej detekcji. Zdalny monitoring z naziemnym pobieraniem igieł realizowano za pomocą bezzałogowego statku powietrznego. Na podstawie wyników analiz biochemicznych próbek igieł określono wskaźniki biochemiczne charakteryzujące stabilność i stan fizjologiczny drzewostanu sosny, w tym: poziom peroksydacji lipidów błony; uwalnianie substancji rozpuszczalnych w wodzie z tkanek roślinnych, które odzwierciedlają integralność ścian komórkowych; zawartość barwników fotosyntetycznych w igłach.

4

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.

5

Analiza ubytku drzewostanów z wykorzystaniem lotniczych danych fotogrametrycznych dla warszawskiej dzielnicy Wilanów

Urbański M., Bakuła K.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2018

|

vol. 30

11--25

PL

Niniejsza publikacja przedstawia analizę zmian drzewostanów dla obszaru warszawskiej dzielnicy Wilanów, opracowaną na podstawie danych fotogrametrycznych. Wykorzystując różne technologie fotogrametryczne: dopasowanie obrazów cyfrowych i archiwalne lotnicze skanowanie laserowe dokonano wieloczasowej analizy zmian, która pozwoliła na otrzymanie informacji o zasięgu i występowaniu drzew w dwóch badanych okresach. Nadrzędnym problemem postawionym w badaniu było uzyskanie odpowiedzi na pytanie, jak duże zmiany w zasięgu i wysokościach drzewostanów zaszły na przestrzeni lat 2012 - 2017 oraz gdzie nie występują drzewa w 2017 roku. Wytworzone numeryczne modele pokrycia terenu zostały wykorzystane do analizy zmian występowania drzewostanów dla obszaru całej dzielnicy, w tym do detekcji miejsc ubytku koron drzew. Przeprowadzona analiza zmian wykazała ubytek biomasy dla 18.2% pojedynczych drzew, w tym, zniknięcie 11.7% drzew oraz zmniejszenie wysokości (zapewne poprzez przycięcie) dla 6.5%.

EN

This publication presents the analysis of tree stands’ changes for the area of Wilanów district in Warsaw, based on photogrammetric data. Using different photogrammetric techniques, such as image matching techniques and archival airborne laser scanning, a multitemporal analysis of vegetation changes was carried out. It enabled receiving information on the range and occurrence of trees in two different periods of time. The overriding work problem was to answer the question of how noticeable changes in trees stands’ range and height occurred over 2012 - 2017. Generated digital elevation models were used for the analysis of tree stands’ changes in the Wilanów district and the detection of places with the crowns’ loss. The carried analysis of changes showed loss of biomass for 18.2% of single trees, including disappearance of 11.7% of trees and reduction in height (probably by trimming) for 6.5% of trees.

6

Ocena dostępności zieleni w miejscu zamieszkania w miastach z wykorzystaniem NDVI oraz krzywej koncentracji Lorenza

Będkowski K., Bielecki A.

Teledetekcja Środowiska

|

2017

|

T. 57

5--14

PL

Oficjalne statystyki terenów zieleni znajdujących się w miastach uwzględniają zespoły roślinności znajdujące się na gruntach, których głównym przeznaczeniem jest utrzymanie zieleni - parki, zieleńce, zieleń osiedlowa, ogrody zoologiczne, ogrody botaniczne, rezerwaty przyrody, parki krajobrazowe, a także część zieleni ulicznej. Miernikiem wielkości zasobów zieleni jest powierzchnia tych gruntów. W raportach nie ujmuje się tej części zieleni, która znajduje się na innych obszarach. Tereny zabudowane, komunikacyjne, czasowo wyłączone z funkcji przemysłowych i in. również mogą mieć obfite zasoby zieleni, w postaci powierzchni trawiastych, pojedynczych krzewów i drzew oraz ich grup, które mają duże znaczenie dla kształtowania środowiska w mieście. Dla oceny warunków życia w miastach oraz umożliwienia porównywania miast pod względem zasobów zieleni niezbędne jest wypracowanie sposobu oceny całości posiadanej przez nie zieleni. Poznanie proporcji, jaka część ludności, do jakich zasobów zieleni w miejscu zamieszkania ma dostęp, może dużo powiedzieć o warunkach i jakości życia w poszczególnych miastach. W teledetekcji do analizy roślinności używany jest m.in. znormalizowany różnicowy wskaźnik roślinności NDVI, którego ważną cechą jest związek z „ilością” i „jakością” zieleni występującej na danym obszarze. W pracy przedstawiono, na przykładzie Łodzi, propozycję sposobu oceny dostępności zieleni dla mieszkańców miasta (w miejscach zamieszkania), z wykorzystaniem NDVI oraz krzywej koncentracji Lorenza. Obszar miasta podzielono na pola podstawowe o wymiarach 90 × 90 m. Na obszarze Łodzi zamieszkanych jest 14568 pól podstawowych (40,25% powierzchni miasta). Tylko 1,72% mieszkańców Łodzi ma w miejscu zamieszkania zasoby zieleni o wysokiej wartości wskaźnika NDVI ≥ 0,4 odpowiadającej terenom parkowym i zalesionym. Znaczna część mieszkańców miasta (54,02%) ma w miejscu zamieszkania NDVI w granicach od 0,2 do 0,3. Stwierdzono, że są to obszary miasta, w których zabudowie towarzyszy rozwinięta zieleń. Rejony, w których NDVI ≥ 0,2 stanowią 85,96% powierzchni miasta, w której z kolei mieszka 72,99% ludności. Mieszkańcy miasta w różnym stopniu korzystają z zasobów zieleni, jakie posiadają w miejscach zamieszkania, bowiem wartość współczynnika koncentracji K = 0,710 jest stosunkowo wysoka i wskazuje na znaczną koncentrację ludności oraz NDVI. Około 80% mieszkańców ma w miejscu zamieszkania dostęp tylko do około 25% zasobów zieleni.

EN

The official statistics of the green areas in cities take into account the plants of vegetation located on the land, the main purpose of which is the maintenance of greenery - parks, lawns, estate greenery belts, zoological gardens, botanical gardens, nature reserves, landscape parks, and a part of the street greenery. The meter’s size of green resources is the area of these lands. In the reports, the green in other areas is not recognised. Built-up areas, communication, areas temporarily excluded from industrial functions and others can also have abundant resources of greenery, in the form of grassland, individual shins and trees and their groups, which are of great importance for shaping the environment in cities. To assess urban living conditions and to allow cities to be compared in terms of green resources, it is necessary to develop a way of assessing the whole of their greenery. Knowing the proportion of what part of the population has access to which greenery resources in the place of residence, can say a lot about the conditions and quality of life in cities. In remote sensing for the analysis of vegetation we mainly use a normalized differential vegetation index NDVI, which important feature is the relationship to the "quantity" and "quality" of greenery occurring in a given area. The paper presents, on the example of Łódź, a way of assessing the availability of greenery for the city’s residents (in places of residence), using NDVI and the Lorenz’s concentration curve. The area of the city is divided into fields measuring 90 × 90 m. 14568 fields (40,25% of the city area) are inhabited in Łódź. Only 1.72% of inhabitants of Łódź have green areas with a high NDVI value ≥ 0.4 corresponding to park and wooded areas. A significant part of the city residents (54.02%) have NDVI in their place of residence ranging from 0.2 to 0.3. It was found that these are the areas of the city where the urban development is accompanied by well-developed greenery. Areas in which NDVI ≥ 0.2 represent 85.96% of the city’s area, in which 72.99% of the population lives. Inhabitants of the city use the greenery resources which they have in their places of residence to varying degrees. The value of the concentration coefficient K = 0.710 is relatively high and indicates a significant concentration of population and NDVI. About 80% of residents have access to only 25% of green resources in their place of residence.

7

Carbon Sequestration Assessment of the Orchards Using Satellite Data

Uttaruk Y., Laosuwan T.

Journal of Ecological Engineering

|

2017

|

Vol. 18, nr 1

11--17

EN

This study aimed to estimate above-ground carbon sequestration of orchards using satellite data. The research methodology analyzed the relationship between the amount of above-ground carbon sequestration and vegetation indices from the data obtained from LANDSAT 8 OLI including (1) Difference Vegetation Index (DVI), (2) Green Vegetation Index (GVI), (3) Simple Ratio (SR), (4) Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), and (5) Transformed Normalized Difference Vegetation Index (TNDVI) in order to find out the most appropriate equation to estimate above-ground carbon sequestration of the orchards in the study area at Sang Kho sub district, Phu Phan district, Sakon Nakhon province in northeast Thailand. The study results found that the relationship between the amount of above-ground carbon sequestration and the most appropriate index relating to vegetation was TNDVI. At any rate, TNDVI had the relationship equation y = 0.226e0.039x and coefficient of determination R2 = 0.877, which represented the amount of above-ground carbon sequestration in the study area in a total of 40.86 tons per hectare.

8

Satellite imagery for the improvement of SOZO database – the case study in Central Sudetes and High Sudetes

Kopańczyk K., Fitrzyk M..

Acta Scientiarum Polonorum. Geodesia et Descriptio Terrarum

|

2016

|

Vol. 15, nr 1-4

5--18

EN

SOZO database and its cartographic model – a sozological map is a thematic data source that represents the state of natural environment, as well as the causes and effects of both positive and negative transformations occurring in the environment. There is no doubt that the SOZO database should be a tool to investigate and evaluate the state of natural environment in a quantitative manner. However, the analysis of chosen features in the database reveals that they seem to be insufficient for conducting spatial analysis. The crucial problem is related to classes of forest damage represented by point features in a database without the extent of forest degradation. This type of presentation has limited use for geospatial analysis of environment therefore the Authors propose to use remotely sensed data to enhance SOZO database with updated data together with the spatial occurrence of the studied phenomenon. This research presents the potentials of determining class of forest damage based on the vegetation indices (NDVI and NDII) that successfully replaces the point-feature class of forest damage with polygon-based classes, thereby introducing the new quality of the data into the environmental database and make SOZO database a useful product in spatial analysis.

PL

Tematyczna baza danych przestrzennych SOZO wraz z jej kartograficznym modelem – mapą sozologiczną przedstawia stan środowiska przyrodniczego, przyczyny i skutki zmian zachodzących w tym środowisku oraz formy i sposoby ochrony jego naturalnych wartości. Nie ulega wątpliwości, że baza SOZO powinna służyć do analizy i oceny stanu środowiska naturalnego w postaci wskaźników i miar ilościowych. Jednakże, analiza wybranych warstw bazy wskazuje na pewne jej braki, które sprawiają, że wykonanie analiz przestrzennych jest niemożliwe. Dotyczy to m.in. warstwy klasy degradacji lasów reprezentowanej w postaci geometrii punktowej bez określenia zasięgu tych klas. W pracy zaproponowano zastosowanie zobrazowań satelitarnych jako źródło aktualnych danych dodatkowo zasilających bazę w zasięg występowania badanego zjawiska. Klasy degradacji lasu określono na podstawie wskaźników wegetacyjnych (NDVI i NDII), któ- rych kombinacja pozwala wyznaczyć stopień i zasięg degradacji lasów w postaci obiektów powierzchniowych. Jest to niewątpliwie bardziej użyteczna forma, która czyni bazę SOZO w pełni funkcjonalną w zakresie analiz przestrzennych.

9

Wykorzystanie teledetekcji satelitarnej do monitorowania wzrostu i rozwoju rzepaku ozimego

Bartoszek K.

Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska

|

2014

|

Vol. 23, No. 2

150--160

PL

W artykule przedstawiono ocenę możliwości zastosowania teledetekcji satelitarnej do monitorowania wegetacji rzepaku ozimego na przykładzie dwóch wybranych punktów z obszaru Lubelszczyzny. Do badań wykorzystano pięć wskaźników wegetacyjnych (NDVI, EVI, LAI, fPAR i GPP), których wartości pochodziły z pomiarów wykonywanych w okresie 2000–2012 przez satelitę środowiskowego Terra. Z kolei dane dotyczące wysokości roślin rzepaku przed zimą i dat początku kwitnienia tej rośliny odnosiły się do dwóch obszarów (w rejonie Bezka i Ciciboru Dużego), na których znajdowały się pola doświadczalne Centralnego Ośrodka Badania Odmian Roślin Uprawnych (COBORU). Uzyskane wyniki wykazały możliwość wykorzystania danych satelitarnych do prognozowania ze znaczną dokładnością obu analizowanych cech rzepaku ozimego. Ponadto na podstawie wskaźników wegetacyjnych stwierdzono, że wzrost i rozwój tej rośliny w znacznym stopniu zależał od przebiegu warunków atmosferycznych.

EN

This paper presents an assessment of the applicability of satellite remote sensing data to monitor the growth and development of winter oilseed rape in the Lublin region. The study used five vegetation indices (NDVI, EVI, LAI, fPAR and GPP), whose values were derived from Terra environmental satellite and related to the period between 2000 and 2012. Values of the oilseed rape height before winter and the onset of flowering stage based on fi eld observations from the Experimental Stations for Cultivar Testing (COBORU) in Bezek and Cicibór Duży. The results showed the possibility of using satellite data to predict with a fairly high degree of accuracy both analyzed characteristics of winter oilseed rape. Moreover, based on vegetation indices it has been confirmed that the growth and development of the winter oilseed rape are highly dependent on the course of weather conditions.

10

Wpływ wieku drzewostanów na ich charakterystyki spektralne i wartości wybranych wskaźników wegetacyjnych

Piekarski P., Dzieszko D

Roczniki Geomatyki

|

2013

|

T. 11, z. 4(61)

67--79

PL

Dane pozyskane w sposób zdalny (zobrazowania satelitarne, lotnicze, skaning laserowy) są źródłem dużej ilości informacji o otaczającym nas środowisku. Pozwalają na dokonywanie analiz, zarówno o charakterze jakościowym, jak i ilościowym. Umożliwiają również różnicowanie zjawisk w przestrzeni oraz czasie. Techniki teledetekcyjne już od kilkudziesięciu lat wykorzystywane są w badaniach środowiska. Jednym z przykładów wykorzystania informacji pozyskiwanej zdalnie jest teledetekcja obszarów leśnych. Obszarem badań autorów jest Puszcza Notecka, która rozciąga się w kierunku równoleżnikowym przez mezoregion Kotliny Gorzowskiej. Puszcza ta jest jednym z największych obszarów leśnych w Polsce i charakteryzuje się dużym udziałem gatunkowym drzewostanu sosnowego. Celem przeprowadzonych badań było określenie zróżnicowania charakterystyk spektralnych różnowiekowych drzewostanów sosnowych Puszczy Noteckiej oraz wpływu wieku tych drzewostanów na wielkość odbicia promieniowania elektromagnetycznego w różnych zakresach spektralnych i w różnych terminach sezonu wegetacyjnego. Kolejnym celem było określenie relacji pomiędzy wiekiem drzewostanów sosnowych a wartościami wybranych wskaźników wegetacji w tychże terminach. W obrębie zwartego kompleksu leśnego, jakim jest Puszcza Notecka, wyodrębniono 100 powierzchni badawczych. Kryterium wykorzystanym przy wyborze była jednorodność gatunkowa oraz wiekowa tych powierzchni. Każdy z wybranych obszarów porośnięty jest drzewostanem sosnowym o określonym wieku. Materiałem wykorzystanym do analiz są zobrazowania satelitarne wykonane przez sensor TM (ang. ThematicMapper) znajdujący się na satelicie Landsat 5, które charakteryzują się rozdzielczością przestrzenną na poziomie 30m. Zobrazowania pozyskane zostały z różnych momentów sezonu wegetacyjnego. Do analizy określono wartości odbicia promieniowania w sześciu zakresach spektralnych oraz wygenerowano charakterystyki spektralne dla każdej powierzchni testowej. Charakterystyki spektralne pozwoliły na określenie różnic pomiędzy drzewostanami o różnym wieku. Wartości odbić w poszczególnych zakresach promieniowania umożliwiły obliczenie trzech wskaźników wegetacji, które posłużyły dalszej analizie. W oparciu o metody statystyczne określono relacje pomiędzy wiekiem drzewostanów a wartościami poszczególnych wskaźników wegetacji oraz różnice pomiędzy terminami sezonu wegetacyjnego, w których wykonano zobrazowania satelitarne.

EN

Data obtained by remote sensing (satellite and airborne imaging, laser scanning) provide a lot of information about environment surrounding us that allows to conduct both quantitative and qualitative analyses. This information makes it also possible to differentiate phenomena in time and space. Remote sensing techniques have been already used for dozens of years in environmental research. A good example of the use of information obtained by remote sensing is remote sensing of forested areas. The area selected by the authors for research was Notecka forest, latitudinally spread in the mesoregion of Kotlina Gorzowska. The forest is one of the largest forest areas in Poland featured with high share of pine stands. The aim of the research was to determine the differences in spectral characteristics of pine stands at different age in Notecka forest and the impact of the age of these stands on the magnitude of reflection of electromagnetic radiation in different spectral ranges and at different terms of vegetation season. Another aim was to determine relationship between the age of pine stands and the value of selected vegetation indices in these terms of the vegetation season. Within such a dense forest complex as Notecka forest 100 test areas were selected. The selection criterion was uniform species and age of trees in these areas. Every test area selected was covered with pine stands at defined age. The materials used for analyses were satellite images made by ThematicMapper sensor located on Landsat 5 satellite. The images had spatial resolution on the level of 30m. The images were obtained from different terms of the vegetation season. For analysis, value of radiation reflection was determined for six spectral ranges and spectral characteristics were generated for each test area. Spectral characteristics allowed to determine differences between stands at different age. The value of reflections in individual ranges made it possible to calculate three vegetation indices which served for further analysis. Based on statistical methods, relationship between the age of stands and value of individual vegetation indices were determined as well as differences between the terms of the vegetation season when the satellite images were made.

11

Maska obszarów rolniczych dostosowana do monitoringu wzrostu roślin uprawnych w polsce przy użyciu szeregów czasowych NOAA-AVHRR

Turlej K., Bojanowski J., Bartold M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2013

|

Vol. 25

233--242

EN

Low spatial resolution of the NOAA-AVHRR images causes that observation footprints of the pixels can overlay the surface of more than one land cover type. The pure signal can be obtained for pixels covering only one land cover class. The extraction of the vegetation index (e.g. NDVI) for one land cover class can be interfered by the presence of other classes within the surface covered by a pixel. Additionally, the inaccuracy of the geometric correction of satellite images can increase the possibility that analysed pixel covers different land cover type than could be expected based on the analysis of the land cover map overlaid on the satellite image. In this study, we presented a new agriculture mask for Poland developed from the CORINE Land Cover 2006 database. The mask of one-kilometre spatial resolution indicates the pixels of the NOAAAVHRR, which should be used for calculation of mean vegetation indices for regions (i.e. voivodeships or provinces). The proposed mask preserves the uniform spatial distribution of pixels within each Polish region. To validate the new mask, we calculated twelve-year-long time series (1997-2008) of Vegetation Condition Index and Temperature Condition Index of agriculture areas for each voivodeship in Poland. The newly received time series of voivodeships showed higher correlation with crop yield than when using the classical agriculture mask, which classifies a pixel as agricultural if at least 50% of its area is covered by the agriculture land.

PL

Niska rozdzielczość przestrzenna materiału zdjęciowego NOAA-AVHRR powoduje, że często w obszarze jednego piksela znajduje się więcej niż jedna klasa pokrycia terenu. W przypadku, gdy odczyt wskaźnika roślinnego (np. NDVI) wykonywany jest z pikseli należących tylko do jednej klasy pokrycia terenu, otrzymywana wartość jest bardziej reprezentatywna. Natomiast, gdy w obszarze piksela znajduje się więcej niż jedna klasa pokrycia terenu, wartość wskaźnika dla określonej klasy jest zaburzana obecnością innych klas. Podobne błędy wynikają z niedokładności geometryzacji zdjęć. W niniejszym opracowaniu prezentowana jest metodologia utworzenia na podstawie bazy CORINE Land Cover 2006 warstwy tematycznej wskazującej piksele obrazów NOAA-AVHRR, które najlepiej służą do odczytów wartości wskaźników roślinnych z obszarów rolniczych. Proponowana metodologia pozwala na uzyskanie równomiernego rozkładu pikseli, dla których wykonywane są odczyty wartości wskaźników roślinnych dla obszaru Polski. Do oceny proponowanej maski pikseli rolniczych wyliczono wartości średnie wskaźników roślinnych VCI oraz TCI dla województw na podstawie bazy danych NOAA-AVHRR (1997-2008). Ciągi czasowe wskaźników, wykazały wyższą korelację z plonem zbóż dla proponowanej maski w porównaniu do maski o stałym progu 50%.

12

Analiza zależności między zawartością wody w roślinach zmierzoną w terenie a teledetekcyjnymi wskaźnikami roślinności

Niedzielko J., Milczarek M., Szepietowska M., Pokrzywnicka M., Boral B., Łach G., Kaźmierczak M., Jarocińska A.

Teledetekcja Środowiska

|

2012

|

T. 47

43--57

EN

Monitoring the plant moisture has a significant role in geographical research. It may be used, among the others, for climate modelling, agricultural predicting, rational water management, drought monitoring and determining vulnerability to the occurrence of the fire. Traditional methods, based on field measurements, are the most accurate, but also time-consuming. Therefore these methods can be applied only in a limited area. In order to explore bigger areas remote sensing methods are useful. To analyse plant condition and water content vegetation indices can be used. Their calculations are based on the reflectance in different bands. Despite many studies conducted on the development of remote sensing indices, still there is a need for verification of their accuracy and usefulness by comparing the results obtained through remote sensing tools with the results of field measurements. In this paper three indices are used: Moisture Stress Index (MSI), Normalized Difference Infrared Index (NDII) and transformation Tasseled Cap (the Wetness band). The aim of this study was to compare the value of vegetation indices calculated using images from Landsat 5 Thematic Mapper with the results of field measurement from five test areas of different type of land cover: cereal crops, non-cereal crops, forests, meadows and pastures. Research was carried out in province Ontario (Canada) and consisted of two stages. The first stage was the fi eld measurements, where the specified number of plant samples was collected and water content was calculated. The second stage consisted of the preparation of relevant satellite images (atmospheric correction and making the mosaic) and the calculation of vegetation indices. The study has shown, that statistical relationships between data sets obtained through remote sensing indices and calculated on the basis of field measurements are diverse for different indices. MSI and NDII values are significantly correlated with the water content in plants (R= -0.62 and 0.56, respectively). The correlation of TCW was rated as moderate (R=0.30). Spatial distribution of water content based on maps created using NDII and MSI is similar. It was noticed that TC Wetness transformation overestimates water content in cereal plants (smaller water content) and underestimates it in natural green plant ecosystems, which generally have higher water content. As a result, the range of water content values obtained from TCW is more narrow (dominates the class of 60-70% water in plants) than the range of values calculated using NDII and MSI. Both indices have more uniform distribution dominated by the classes of moderate water content (50-60%), rather wet plants (60-70%) and very wet plants (70-80%). Each index is characterized by different distribution of the water content. In general values calculated on the basis of NDII and MSI are higher than calculated using TCW. In order to perform more accurate analysis between values calculated using satellite images and the results of field measurements, the values of particular types of land cover should be compared.

13

Szacowanie plonów roślin uprawnych na podstawie naziemnych pomiarów spektralnych

Piekarczyk J.

Teledetekcja Środowiska

|

2011

|

T. 46

23--28

EN

The objective of the study was to compare the variability of hyperspectral characteristics of winter oilseed rape and winter spelt in the early growing season and to determine the usefulness of vegetation indices obtained during the ground-based hyperspectral measurements to predict the yield of these crops. Field hyperspectral measurements were taken from the experimental plots of three varieties of winter oilseed rape and four winter spelt varieties during the fi rst part of the growing season. The oilseed rape plots were sown at four dates in the autumn and the spelt plots were fertilized in six schemes. Vegetation indices were calculated on the basis of the reflectance factors of the visible and near-infrared bands and their logarithmic and first derivative transformations. Then, relationships between the vegetation indices and oilseed rape and spelt yields were analyzed. Among the unprocessed indices the highest R2 values (0.86) were obtained for the relationship between the winter rape yield and NDVI550-775 recorded at the beginning of the fl owering stage. The transformation of the spectral data improved the relationship between the NDVI675-775, NDVI820-980, SRWI870-1260 and yield up to 0.86. The winter spelt yield was most strongly correlated with NDVI550-775 (R2=0.80) at the stem elongation stage and the transformation of the spectral data did not improve the relationship.

14

Application of Landsat imagery based vegetation indices to imperviousness index mapping

Drzewiecki W., Osak A.

Geomatics and Environmental Engineering

|

2009

|

Vol. 3, no. 4

43-52

EN

The paper focuses on imperviousness index mapping with satellite remote sensing approach based on vegetation indices. Imperviousness factor can be defined as a percent of the total considered area covered by impervious surfaces (any materials that are impervious to water, such as rooftops, streets, driveways, parking lots, etc). With Landsat TM images comparable maps can be obtained for the time period from mid-80s to present. The imperviousness factor map of City of Cracow was prepared for 1996. Imperviousness factor accuracy was estimated for 20 percent.

PL

W publikacji przedstawiono zastosowanie teledetekcyjnej metody opartej na wskaźnikach wegetacji do sporządzania map współczynnika nieprzepuszczalności. Mapy te przedstawiają w odniesieniu do każdego piksela obrazu satelitarnego procentowy udział powierzchni o charakterze nieprzepuszczalnym, takich jak np. dachy budynków, drogi asfaltowe, parkingi itp. Wykorzystanie obrazów satelitarnych Landsat TM pozwala na uzyskanie porównywalnych map dla okresu od połowy lat 80. XX. wieku do chwili obecnej. Opracowanie wykonano dla obszaru Krakowa w roku 1996. Uzyskana dokładność oszacowania współczynnika nieprzepuszczalności wyniosła 20 procent.

15

Metodyka oceny stanu środowiska przyrodniczego obszarów prawnie chronionych w Polsce w oparciu o zintegrowane dane teledetekcyjne i klimatyczne

Musiał J.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2009

|

Vol. 20

307--320

PL

Celem opracowania jest prezentacja możliwości zastosowania obrazów satelitarnych w połączeniu z danymi klimatycznymi do badania chwilowych i długookresowych zmian zachodzących w środowisku przyrodniczym obszarów objętych ochroną prawną. Wykorzystanymi w pracy materiałami są: ośmiodniowe kompozycje obrazów satelitarnych pozyskane przez radiometr MODIS oraz autorska baza danych zawierająca informacje o wybranych elementach meteorologicznych (temperatura powietrza, opady, etc.). Długość analizowanej serii danych zawiera się w przedziale od 2000 do 2008 roku. Na podstawie zgromadzonych obrazów satelitarnych zostały wyprowadzone i skorygowane za pomocą filtru Savitzky-Golay wskaźniki roślinne NDVI oraz VCI. Uzyskane wskaźniki roślinne zostały uśrednione w ramach klas pokrycia terenu CORINE dla obszarów chronionych sieci NATURA 2000 w Polsce. Następnie łącząc ośmiodniowe wartości indeksów roślinnych z danymi klimatycznymi utworzono szeregi czasowe prezentujące przebieg tych dwóch elementów w poszczególnych latach. Obliczając współczynniki korelacji dla tego zestawu danych określono zależność fluktuacji wartości wskaźnika NDVI od warunków klimatycznych. Na wybranych przykładach potwierdzono przydatność proponowanej metody do oceny kondycji i zdolności środowiska przyrodniczego do regeneracji. Dzięki przeprowadzonym analizom, można było umiejscowić w czasie nagłe i gwałtowne zmiany zachodzące w środowisku, jak również ocenić ich skalę. Możliwości oceny długofalowych, powolnych zmian w środowisku zaprezentowano na przykładzie sukcesji roślinnej na hałdzie poeksploatacyjnej. Pojedyncze wyniki analiz opracowane dla każdego z obszarów NATURA 2000 zestawiono wyciągając ogólne wnioski na temat kondycji środowisk przyrodniczych w poszczególnych klasach pokrycia terenu.

EN

This work is intended to present the potential for using satellite images in combination with climatic data in order to analyse rapid and long-term changes occurring in the environments of protected areas. The materials used were 8 day compositions of MODIS satellite images and the author’s database of selected climatic data (i.e. air temperatures, precipitation). The data analysed covers the period 2000 to 2008. Vegetation indices (NDVI and VCI) derived from satellite data were smoothed and corrected with the Savitzky-Golay filter in order to reduce noise in the signal. The indices so calculated were averaged within the CORINE land cover classes for protected areas within the NATURA 2000 network in Poland. Then time series were created, presenting the interannual and long-term diversity of the 8-day values of the vegetation indices and climatic data values. Correlation coefficients were calculated for those datasets in order to examine dependency between the NVDI vegetation indices and climatic conditions. Selected environmental examples proved the usefulness of the proposed methodology in the assessment of environmental conditions and their capacity to recover from degradation. The results of the analyses enabled the researchers to identify the timing of severe and rapid changes in the environment and to evaluate their scale. The opportunities for assessing long-term changes were shown using the example of vegetation development on post-industrial tips. Individual results for particular protected areas were combined and some general conclusions were drawn.

16

Zastosowanie zdjęć satelitarnych do monitorowania suszy w Polsce

Dąbrowska-Zielińska K., Ciołkosz A.

Przegląd Geofizyczny

|

2007

|

Z. 3-4

161-178

PL

Do określenia wskaźników opisujących stan rozwoju roślin zostały wykorzystane dane pozyskiwane za pomocą satelitów serii NOAA. Jednym z najbardziej popularnych wskaźników jest tzw. Znormalizowany Wskaźnik Roślinny NDVI oparty na wielkości odbicia promieniowania w podczerwonym i czerwonym zakresie widma. Wskaźnik ten jest stosowany do wykrywania roślinności odwzorowanej na zdjęciach i oceny jej stanu. W przypadku wielu innych wskaźników uwzględnia się także wpływ gleby i atmosfery na wielkość promieniowania odbitego od roślinności i docierającego do sensora satelity. Instytut Geodezji i Kartografii wykorzystuje odbierane zdjęcia z satelitów NOAA do wykrywania i monitorowania suszy roślinnej na obszarze całego kraju. W Instytucie opracowano specjalny system, do którego wprowadza się dane o znormalizowanym wskaźniku zieleni (NDVI), radiacyjnej temperaturze powierzchni roślin (Ts), Wskaźniku Kondycji Roślin (TCI), Wskaźniku Termicznej Kondycji Roślin (VCI) oraz parametry meteorologiczne obliczane dla każdego tygodnia lub dekady w całym okresie wegetacyjnym. System przetwarza te dane i przedstawia wyniki w postaci map tematycznych o różnej rozdzielczości przestrzennej. Na podstawie wielkości wskaźnika TCI, różniącego się znacznie w zależności od okresu wzrostu roślin i roku, autorzy wnioskują o występowaniu suszy rolniczej i jej rozwoju na terenie całego kraju. Wyniki określenia występowania suszy rolniczej są porównywane z wielkością plonów zbóż podawanych przez Główny Urząd Statystyczny. Jak wynika z dotychczasowych prac, istnieje silna korelacja między wielkością wskaźnika TCI a plonem głównych upraw zbożowych w Polsce. Oznacza to że Wskaźnik Temperaturowej Kondycji Roślin TCI jest dobrym identyfikatorem występowania suszy rolniczej.

EN

Images acquired by NOAA satellites have been used to calculate various indices describing conditions of vegetation growth. One of the most popular is Normalized Vegetation Index (NDVI) applied for vegetation surface. Some other indices take under consideration also the influence of soil and atmosphere on the spectral response of vegetation reaching satellite sensor. In the Institute of Geodesy and Cartography in Warsaw the NOAA satellite images of Poland have been used to detect and monitor of drought. A special system has been set up based on Normalized Vegetation Index, surface temperature (Ts), two additional indices - Vegetation Condition Index (VCI) and Temperature Vegetation Index (VCI) calculated for each week and decade for the whole growing period and meteorological parameters. System processes all the data and presents the results in the form of maps with different spatial resolution. The values of TCI differs for various stage of growing season and years. On the basis of this index the authors derived information on occurrence the agricultural drought in the country. The findings are compared with the yield of cereals provided by the Central Statistical Office. There is a good correlation between the value of the TCI and the yield of main cereals. It means the TCI may be a good index for prediction of drought.

17

Spectral discrimination of arable from fallow fields as landscape components

Piekarczyk J.

Polish Journal of Ecology

|

2005

|

Vol. 53, nr 3

299-311

EN

Remote sensing methods, including aerial photography and satellite images, could be successfully used for detecting and acreage assessing of landscape components like fallow fields. The objective of the present study was to characterize the reflectance of fallow fields situated in various soil conditions and of different age and compare them with spectral characteristics of main arable crops: winter rye, spring oat, winter oilseed rape, corn, potatoes and meadow. Field spectral reflectance measurements were made with the CIMEL CE313 luminancemeter and five vegetation indices (NDVI, STVI, MSI, MNDVI and GRVI) were developed by combining the reflectance factors in the five wavebands (450, 550, 650, 850 and 1650 nm). In the second part of May, when seasonal biomass peak of winter crops and meadows occurs and spring crops partly covers the soil, significant differences were observed in the spectral properties of fallow and cultivated fields. Results showed that among the analyzed vegetation indices MSI index (R1650/R850) was found to be the best for discriminating among the fallow fields and GRVI (R550/R650) and NDVI ((R850-R650)/(R850+R650)), were the best discriminators between the fallow fields and arable crops.