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Fractional cover mapping of spruce and pine at 1 ha resolution combining very high and medium spatial resolution satellite imagery

Immitzer, Markus und Böck, Sebastian und Einzmann, Kathrin und Vuolo, Francesco und Pinnel, Nicole und Wallner, Adelheid und Atzberger, Clement (2018) Fractional cover mapping of spruce and pine at 1 ha resolution combining very high and medium spatial resolution satellite imagery. Remote Sensing of Environment, 204, Seiten 690-703. Elsevier. doi: 10.1016/j.rse.2017.09.031. ISSN 0034-4257.

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2MB

Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2017.09.031

Kurzfassung

Increases in extreme weather events associated with climate change have the potential to put currently healthy forests at risk. One option to minimize this risk is the application of forest management measures aimed at generating species mixtures predicted to be more resilient to these threats. In order to apply such measures appropriately, forest managers need up-to-date, accurate and consistent forest maps at relatively fine spatial resolutions. Cost efficiency is a major factor when creating such maps. Taking European spruce (Picea abies) and Scots pine (Pinus sylvestris) as an example, this paper describes an innovative approach for mapping two tree species using a combination of commercial very high resolution WorldView-2 (WV2) images and Landsat time series data. As a first step, this study used a supervised object-based classification of WV2 images covering relatively small test sites distributed across the region of interest. Using these classification maps as training data, wall-to-wall mapping of fractional coverages of spruce and pine was achieved using multi-temporal Landsat data and Random Forests (RF) regression. The method was applied for the entire state of Bavaria (Germany), which comprises a total forested area of approximately 26,000 km2. As applied here, this two-step approach yields consistent and accurate maps of fractional tree cover estimates with a spatial resolution of 1 ha. Independent validation of the fractional cover estimates using 3780 reference samples collected through visual interpretation of orthophotos produced root-mean-square errors (RMSE) of 11% (for spruce) and 14% (for pine) with almost no bias, and R2 values of 0.74 and 0.79 for spruce and pine, respectively. The majority of the validation samples (75% (spruce) and 84% (pine)) were modeled within the assumed uncertainty of± 15% of the reference sample. Accuracies were significantly better compared to those achieved using a single-step classification of Landsat time series data at the pixel level (30 m), because the two-step approach better captures regional variation in the spectral signatures of target classes. Moreover, the increased number of available reference cells mitigates the impact of occasional errors in the reference data set. This two-step approach has great potential for cost-effective operational mapping of dominant forest types over large areas.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/114500/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:LWF Projekt VitTree
Titel:Fractional cover mapping of spruce and pine at 1 ha resolution combining very high and medium spatial resolution satellite imagery
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Immitzer, Markusboku wienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Böck, Sebastianboku wienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Einzmann, Kathrinboku wienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vuolo, Francescoboku wienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pinnel, NicoleNicole.Pinnel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1978-3204NICHT SPEZIFIZIERT
Wallner, Adelheidadelheid.wallner (at) lwf.bayern.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Atzberger, Clementboku wienNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Januar 2018
Erschienen in:Remote Sensing of Environment
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:204
DOI:10.1016/j.rse.2017.09.031
Seitenbereich:Seiten 690-703
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Hu, ChuanminNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chen, ChenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chuvieco, EmilioNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schaaf, CrystalNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
ISSN:0034-4257
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Upscaling, Random Forest regression, WorldView-2, Landsat, Fractional cover, Tree species mapping
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben hochauflösende Fernerkundungsverfahren (alt), R - Fernerkundung u. Geoforschung, R - Optische Fernerkundung für sicherheitsrelevante Anwendungen
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Deutsches Fernerkundungsdatenzentrum > Landoberfläche
Hinterlegt von: Pinnel, Dr.rer.nat Nicole
Hinterlegt am:21 Nov 2017 13:29
Letzte Änderung:23 Feb 2019 00:21

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