receiver operating characteristic
در نشریات گروه جنگلداری-
سابقه و هدف
شناسایی و تهیه نقشه پراکنش گونه های گیاهی در مقیاس تک درخت با استفاده از داده های سنجش از دور در مدیریت پایدار جنگل از اهمیت زیادی برخوردار است. از سوی دیگر، امروزه پرنده های هدایت پذیر از دور (پهپادها) امکان تهیه داده های سنجش از دور با تفکیک پذیری مکانی و زمانی بالا را فراهم آورده اند. این امر پایش تک درختان را تسهیل کرده و اطلاعات لازم در مورد ویژگی های کمی و کیفی آنها از جمله نوع گونه را فراهم می آورد. روش های مبتنی بر یادگیری ماشین بستر لازم برای شناسایی گونه های درختی با استفاده از تصاویر رنگی پهپاد را فراهم کرده اند. با این حال این روش ها از صحت بالایی برخوردار نیستند. علاوه بر این، شباهت گیاهان در محدوده مریی امواج الکترومغناطیسی در تصاویر رنگی پهپاد باعث بروز خطا در شناسایی گونه می شود. بنابراین، پژوهش حاضر با هدف ارزیابی تلفیق تصاویر رنگی و مدل رقومی سطح (DSM) پهپاد و الگوریتم یادگیری عمیق در شناسایی گونه در یک منطقه جنگلی بنه - بادام انجام گرفت.
مواد و روش هابخشی از توده های بنه - بادام جنگل تحقیقاتی استان فارس با مساحت 24 هکتار برای این منظور انتخاب شد. منطقه مذکور با 649 تصویر رنگی با تفکیک پذیری مکانی 5/3 سانتیمتر ثبت شده با یک پهپاد فانتوم 4 پرو در 16 خط پرواز پوشش داده شد. علاوه بر ارتوفتو، از داده های پهپاد DSM منطقه مطالعاتی با تفکیک پذیری مکانی مشابه استفاده شد. DSM با استفاده از روش وزن دهی معکوس فاصله (IDW) تهیه شد. سپس تصاویر رنگی به تنهایی و نیز با تلفیق آنها با DSM در شناسایی درختان بنه و درختچه های بادام با استفاده از الگوریتم شبکه عصبی پیچشی (CNN) مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج با استفاده از معیارهای صحت سنجی (مانند صحت، سطح زیر منحنی (AUC) مشخصه نسبی عملکرد) ارزیابی شدند.
یافته هانتایج نشان دادند با استفاده از تصاویر رنگی، درختچه های بادام (صحت 77/0، AUC 82/0) با صحت تقریبا مشابه درختان بنه (صحت 76/0، AUC 80/0) شناسایی شدند. در صورتی که با رویکرد تلفیق تصاویر رنگی و DSM، درختان بنه (صحت 85/0، AUC 85/0) با صحت بیشتر نسبت به درختچه های بادام (صحت 81/0، AUC 83/0) شناسایی شدند. نقشه نهایی منطقه مطالعاتی از 455 درخت بنه و 1951 درختچه بادام تشکیل شد. همچنین تفسیر بصری نتایج نشان داد علیرغم نزدیکی ارزش عددی معیارهای صحت سنجی، شناسایی گونه ها با استفاده از تلفیق تصاویر رنگی و DSM پهپاد از صحت بیشتری برخوردار بودند.
نتیجه گیریبه طور کلی، مطالعه حاضر نشان داد تلفیق تصاویر رنگی و DSM پهپاد می تواند منجر به بهبود شناسایی دو گونه درختی بنه و درختچه ای بادام در منطقه مطالعاتی شود. همچنین مطالعه حاضر بر توانایی الگوریتم CNN در تهیه نقشه گونه های گیاهی تاکید دارد.
کلید واژگان: شناسایی گونه های گیاهی، مشخصه نسبی عملکرد، فانتوم 4 پرو، یادگیری عمیق، CNNBackground and objectivesIdentification and mapping of tree species at single-tree levels using remotely sensed data is important in sustainable forest management. On the other hand, UAVs provide possibilities to acquire remotely sensed data with high spatial and temporal resolution that facilitate monitoring single tree and assessing quantitative and qualitative characteristics of trees such as species types. Methods based on machine learning can identify species types on UAV colour images but not with high accuracies. Additionally, similarity of trees in visible wavelengths registered on UAV colour images causes errors in species recognition. Therefore, this study was aimed to evaluate combination of UAV-based colour imagery and digital surface model (DSM) and deep learning algorithms in species recognition of a Pistacia-Amygdalus stand.
Material and MethodsA part of Pistacia-Amygdalus stands in the wild pistachio research forest with an area of 24 ha was selected for this study. The study area was covered by 649 colour images with spatial resolution of 3.5 cm in 16 flight lines acquired by a Phantom 4Pro UAV. In addition to orthophoto, the DSM with similar spatial resolution was obtained by inverse distance weighted (IDW) method. The colour images and the combination of colour images and DSM were then used by Convolutional Neural Networks (CNNs) to identify Pistacia trees and Amygdalus shrubs. Results were evaluated by indices of accuracy assessment (e.g., accuracy, area under curve (AUC) of receiver operating characteristics).
ResultsThe results on colour images showed that Amygdalus shrubs (accuracy=0.77, AUC=0.82) were identified with slightly higher accuracy than Pistacia trees (accuracy=0.76, AUC=0.80). Moreover, the results on combination of colour images and DSM showed that Pistacia trees (accuracy=0.85, AUC=0.85) were identified with higher accuracy than Amygdalus shrubs (accuracy=0.81, AUC=0.83). The final map was consisted of 455 Pistacia trees and 1951 Amygdalus shrubs. In addition, the visual interpretation of results revealed that species recognition on the combination of colour images and DSM had higher accuracy despite almost similar values of the indices of accuracy assessment.
ConclusionsIn general, the present study explored that combination of colour images and DSM can facilitate species recognition of Pistacia trees and Amygdalus shrubs. Furthermore, this study confirms the capability of CNN in mapping of species at the individual level.
Keywords: Species recognition, Receiver operating characteristic, Phantom 4Pro, Deep Learning, CNN -
تهیه نقشه جنگل های مانگرو، نیازمند دسترسی به شاخص های کارآمدی است که مانگروها را از پدیده های دیگر روی تصاویر سنجش از دور شناسایی کنند. امروزه، مجموعه ای متنوع از شاخص های پوشش گیاهی و مانگرو در دسترس است که ارزیابی مقایسه ای کارایی آن ها، ضروری به نظر می رسد. پژوهش پیش رو با هدف مقایسه کارایی شش شاخص پوشش گیاهی و هفت شاخص مانگرو مختص استفاده روی تصاویر سنتینل2 در خلیج نایبند (استان بوشهر)، سیریک (استان هرمزگان) و خلیج گواتر (استان سیستان و بلوچستان) انجام شد تا روشی کارآمد در نقشه برداری از مانگروها در سامانه محاسبه ابری Google Earth Engine (GEE) به دست آید. تصاویر شاخص ها با استفاده از الگوریتم ماشین بردار پشتیبان طبقه بندی شدند. نقشه مانگروها علاوه بر معیارهای متداول صحت سنجی، با استفاده از سطح زیر منحنی (AUC) مشخصه نسبی عملکرد (ROC) نیز ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که شاخص های مانگرو، عملکرد بهتری نسبت به شاخص های پوشش گیاهی در نقشه برداری جنگل های مانگرو داشتند. از بین شاخص های پوشش گیاهی، بیشترین AUC (91/0 تا 92/0) متعلق به MCARI (Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index) بود، درحالی که بین شاخص های مانگرو، بیشینه AUC (93/0 تا 95/0) در MFI (Mangrove Forest Index) مشاهده شد. به طورکلی، نتایج این پژوهش نشان داد که کاربرد MFI روی تصاویر سنتینل2 در سامانه GEE، کارایی مناسبی برای نقشه برداری از جنگل های مانگرو در مناطق مورد پژوهش دارد.کلید واژگان: حرا، شاخص مانگرو، ماشین بردار پشتیبان، منحنی مشخصه نسبی عملکردEffective mangrove mapping needs reliable indices that can characterize mangroves from other land cover types on remote sensing data. Currently, a variety of vegetation- and mangrove indices are available, while a comparative assessment of their efficiency seems essential. The aim of this study was to evaluate six vegetation indices and seven mangrove indices developed for Sentinel-2 imagery to obtain a robust approach in mangrove mapping within Google Earth Engine (GEE) cloud computing platform. The rasterized indices were classified by support vector machine. The final maps were evaluated by area under curve (AUC) of receiver operating characteristic (ROC) in addition to common accuracy assessment criteria. Results showed that mangrove indices were more reliable than vegetation indices. Amongst the vegetation indices, Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index (MCARI) (AUCmangrove from 0.91 to 0.92) achieved the highest AUC values, while MFI (Mangrove Forest Index) returned the highest values amongst the mangrove indices (AUCmangrove from 0.93 to 0.95). All in all, results revealed that MFI on Sentinel-2 imagery in GEE was efficient in mangrove mapping within the study sites.Keywords: Avicennia marina, Google Earth, mangrove index, Receiver Operating Characteristic, Support Vector Machine
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.