Wetland spectro-temporal unmixing using multitemporal multispectral satellite images
Çok zamanlı çok bantlı uydu görüntüleri kullanılarak sulak alanda spektro-zamansal ayrıştırma
- Tez No: 733062
- Danışmanlar: DOÇ. DR. UĞUR MURAT LELOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Bilim ve Teknoloji, Jeodezi ve Fotogrametri, Engineering Sciences, Science and Technology, Geodesy and Photogrammetry
- Anahtar Kelimeler: Ayrıştırma, Coğrafi bilgi sistemleri, Doğruluk analizi, Eğri uydurma algoritmaları, Sulak alanlar, Sınıflandırma, Uydu görüntüleri, Uzaktan algılama, Decomposition, Geographical information systems, Accuracy analysis, Curve fitting algorithms, Wetlands, Classification, Satellite images, Remote sensing
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Jeodezi ve Coğrafi Bilgi Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Sulak alanlar, yeryüzünün en zengin ve üretken ekosistemleri arasında yer alırlar. Bu alanlar, sadece yöre halkına değil yeryüzü sistemine de geniş yelpazede hizmet eden sofistike sucul habitatlardır. Tropikal ormanların ardından en yüksek biyolojik çeşitliliğe sahiptirler. Bu ekosistemler, birçok canlı için uygun beslenme, üreme ve barınma olanağı sağlar ve bu nedenle dünyanın doğal zenginlik müzeleri olarak kabul edilirler. Böylesi değerli alanların izlenmesi ve bu alanlara ait önemli bilgilerin çıkarılması, bu tezin hazırlanmasında gerçekleştirilen çalışmaların ana motivasyon kaynağı olmuştur. Sulak alanların bireysel büyüklüğü, coğrafi dağılımı ve dünya genelindeki toplam kapsamları dikkate alındığında, uzaktan algılama, bahsedilen motivasyona ilişkin amaçların gerçekleştirilmesinde ekonomik ve teknik anlamda en makul yöntem olarak öne çıkmaktadır. Orta çözünürlüklü uydu görüntülerinin kullanımına ilişkin olarak, piksel tabanlı sınıflama, sulak alana ait birçok pikselin karışık içerikli olması nedeniyle, sulak alan dinamiklerini anlama hususunda yetersiz kalmaktadır. Bu çalışmada, tüm zemin karakteristiklerini ve bunların oranlarını tam olarak belirlemek için sulak alanların yumuşak sınıflandırılması amaçlanmıştır. Bu amaca ulaşmanın yolu ise, doğru sınırlar içinde bir araştırma yapmaktan geçmektedir. Bu nedenle, alt piksel analizinden önce sulak alan kapsamının tespiti, söz konusu motivasyonunun gerçekleştirilebilmesi için kritik bir ön işleme adımı olarak ele alınmıştır. Kapsam belirleme kısmı için zaman serilerinde, Püsküllü Kep Su İndeksi değerleri hesaplanmış ve yıllık değişimler çift taraflı sigmoid fonksiyonu kullanılarak modellenmiştir. Elde edilen bilgiler Sayısal Arazi Modeli eşiklemesi ile birleştirilerek nihai kapsam elde edilmiştir. Alt piksel analizi, sulak alan ontolojisinin oluşturulması için üç unsurlu (toprak, bitki, su) şema kullanımına dayanan sistematik bir yaklaşımın benimsenmesi ile bant ve son üye optimizasyonları aracılığıyla iyileştirilen kontrollü spektral ayırma işleminin gerçekleştirilmesini içermektedir. Test alanı olarak Türkiye'nin en etkileyici sulak alanlarından birisi olan Balıkdamı seçilmiştir. Temel veri girdisi olarak açık erişim sağlanabilen Sentinel-2 çok bantlı optik uydu görüntüleri kullanılmıştır. Her bir Sentinel-2 pikselindeki arazi örtüsü sınıflarının bolluk değerleri tahmin edildiğinden, doğrulama aşaması için 30 cm yer örnekleme aralığına sahip dört bantlı hava görüntüleri kullanılarak, 10 m grid aralığında referans bolluk verisi üretilmiştir. Referans ve kestirilmiş üleşke arazi örtüsünün karşılaştırılması ve detaylı şekilde değerlendirilmesi için“Bolluk Karışıklık Matrisi”isimli yeni bir metrik önerilmiştir. Deneysel sonuçlar, kapsam belirlemenin %93,55 duyarlılık ve %99,21 hassasiyet ile elde edildiğini göstermektedir. Ayrıca arazi örtüsü sınıflarının bolluk değerleri, tek zamanlı ve çok zamanlı durumlar için sırasıyla %66,17 ve %66,27 genel doğrulukla belirlenmiştir. Sert sınıflandırmaya kıyasla %2'lik bir genel doğruluk artışına ek olarak, piksel tabanlı yaklaşımlar kullanılırken kaybolan seyrek arazi örtüsü sınıflarının tespit edilebildiği kanıtlanmıştır. Ayrıca, özellikle su kenarlarındaki gradyanların gözlemlenebildiği gösterilmiştir. Sonuç olarak, önerilen yöntemin sulak alanların detaylı izlenmesi için değerli bir araç olduğu ortaya konmuştur.
Özet (Çeviri)
Wetlands constitute one of the wealthiest and most productive ecosystems on earth. These areas are sophisticated aquatic habitats serving not only the locals but also the whole Earth system on a broad range. Following tropical forests, they have the highest biological diversity. These ecosystems are viable nourishment, reproduction, and sheltering environments for a whole range of living beings and are therefore accepted as natural wealth museums of the world. Monitoring such valuable areas and obtaining crucial information from them, in this regard, has been the primary motivation of the studies performed during the preparation of this thesis. When the individual size, geographic distribution, and total coverage of wetlands across the earth are taken into account, remote sensing shines out as the most economically and technically feasible method to realize the goals related to the mentioned motivation. Concerning the utilization of medium resolution satellite images as the input, the pixel-level approach falls short of understanding the wetland dynamics since vast amounts of pixels in such areas have mixed content. In this study, the soft classification of wetlands is aimed in order to determine all ground characteristics and their exact proportions. The path to achieving this goal passes through conducting an investigation within correct boundaries. Hence, detection of the wetland extent prior to sub-pixel analysis is addressed as a critical pre-processing step for realizing the subject motivation. The extent determination part includes calculating Tasseled Cap Water Index (TCWI) values on time series and modeling variations throughout the year by fitting a double-sided sigmoid function. This information is coupled with Digital Terrain Model (DTM) thresholding to extract the final extent. The sub-pixel analysis covers adopting a systematic approach using a three-element (soil, vegetation, water) scheme for establishing wetland ontology and implementing supervised spectral unmixing enhanced by the band and endmember optimizations. Balıkdamı, one of Turkey's most impressive wetlands, is chosen as the test area. Open access optical satellite data, acquired by Sentinel-2 Multispectral Instrument (MSI), are utilized as the primary input. Since the abundance values of land cover classes in each Sentinel-2 pixel are estimated, reference abundance data with a 10 m grid interval are generated using four-band aerial images having a 30 cm ground sampling distance (GSD) for the verification stage. A new metric entitled“Abundance Confusion Matrix (ACOMA)”is introduced for the comparison and detailed assessment of reference and estimated fractional land cover. Experimental results demonstrate that the extent determination is addressed with a sensitivity of 93.55% and a precision of 99.21%. Moreover, abundance values of land cover classes are determined with overall accuracies of 66.17% and 66.27% for the monotemporal and multitemporal cases, respectively. In addition to a 2% overall accuracy increase compared to the hard classification, the detectability of sparse land cover classes is demonstrated that are vanished while using pixel-based approaches. Furthermore, gradients are able to be observed, particularly at watersides. As a result, the proposed method proves to be a valuable tool for the detailed monitoring of wetlands.
Benzer Tezler
- Wetland conservation within the framework of city planning
Şehir planlama açısından sulak alanların korunması
NURAY SEVİNÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2000
Şehircilik ve Bölge Planlamaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEMAL ARKON
DOÇ. DR. SEMAHAT ÖZDEMİR
- An Assesment of wetland protection from the planning point of view
Sulukalancaların korunmasında planlama açısından bir yaklaşım
IŞIL NADİRE KAMAN (YENER)
Yüksek Lisans
İngilizce
1996
Şehircilik ve Bölge PlanlamaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiŞehir Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DURAN TARAKLI
- Feasibility of a controlled wetland for the Mogan-Eymir systems
Mogan-Eymir sisteminde rehabilitasyonu önerilen sulakalanların fizibilitesi
ELİF ASUMAN KORKUSUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. COŞKUN YURTERİ
- Modelling a wetland for sustainable development: Uluabat lake
Bir sulak alanın sürdürülebilir kalkınmaya yönelik modellenmesi: Uluabat Gölü
BURAK GÜNERALP
Yüksek Lisans
İngilizce
2000
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAMAN BARLAS
- Hydrogeology of Lower Küçük Menderes river coastal wetland
Aşağı Küçük Menderes nehri kıyı sulak alanının hidrojeolojisi
ADİLE MELİS SOMAY
Doktora
İngilizce
2006
Jeoloji MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiJeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜNSAL GEMİCİ