Екологічна геопросторова головоломка


15

Я шукаю інше, більш елегантне рішення проблеми просторової статистики. Сировинні дані складаються з координати xy для кожного окремого дерева (тобто перетворюються в точковий .shp файл). Хоча в цьому прикладі не використовується, кожне дерево також має відповідний багатокутник (тобто як .shp), який представляє діаметр крони. Два зображення ліворуч показують оцінку щільності ядра в масштабі пейзажу (KDE), отримані з точкового файлу .shp окремих місць дерев - одне з 1989 року, а інше з 2009 року. На графіку справа показано різницю між двома KDE де відображаються лише значення +/- 2 стандартних відхилення середнього значення. Растровий калькулятор Arc був використаний для виконання простого обчислення (KDE 2009 - 1989 KDE), необхідного для отримання растрової накладки на зображенні правої руки.

Чи є більш підходящий метод аналізу щільності дерева або зміни площі навісу з часом чи статистично, чи графічно? З огляду на ці дані, як би ви оцінили зміну даних дерев за 1989 та 2009 рр. В геопросторовому середовищі? Рекомендуються рішення в ArcGIS, Python, R, Erdas та ENVI.

введіть тут опис зображення


3
Чи є у вас оригінальні дані про місцезнаходження дерева з 1989 року? Якщо ні, то KDE використовувати принаймні однакові ядра (та однакові пропускну здатність)? Чи є дані про дерево повним переписом місцевості чи вони є якоюсь вибіркою (і якщо так, то як були обрані члени цього зразка)? Що являє собою "зміну" у вашому дослідженні і як ви хочете його виміряти (наприклад, як абсолютна зміна щільності дерева або відносна зміна)?
whuber

1
@whuber: Вихідні місця дерев можна вважати даними перепису, оскільки кожне дерево в межах DOQQ було інвентаризовано. KDE базувався на пунктах, отриманих з даних перепису. Мене насамперед цікавить виявлення нових дерев та зміна покриття навісу.
Аарон

1
Тут можуть бути недоречні KDE, оскільки зміна місця розташування дерева та чисел змінить пропускну здатність, а отже, і результати. Чи планували ви створити зональний растр довільного розміру (скажімо, 100 м х 100 м) та отримати дерева / клітинку та площу дерева / клітинку кожен раз, а потім обчислити різницю між часом?
blindjesse

@blindJesse: Ви маєте гарну точку. Як альтернатива, я бавився з ідеєю перетворити багатокутники діаметру навісу з 2009 та 1989 р. У растрові, а потім перекласифікувати растри у бінарні дані. Звідти я можу запустити сценарій фокусної статистики рухомого вікна на різницю між ними.
Аарон

1
Я все ще не впевнений у формі необроблених даних, Аарон. Коли ви пишете "кожне дерево ... було інвентаризоване", чи означає це, що кожному окремому дереву були визначені та призначені координати? Чи, можливо, це означає, що хтось намалював багатокутник і сказав: "Я знайшов тут 39 червоних кленів і 13 білих дубів?" Розуміння сильних і обмежених сторінок оригінальних даних є вирішальним для отримання канонічної відповіді, яку ви шукаєте.
whuber

Відповіді:


8

Перша проблема:

Ти дивишся на суміш мінімумів. Одне гігантське дерево з кроною розміром з акрів виглядає досить багато , інтерпретується на основі точки щільності / ядра, як поле, у якому зовсім немає дерев. Ви отримаєте високі значення лише там, де в лісі є невеликі швидкозростаючі дерева, на узліссях і в прогалинах. Хитрий біт полягає в тому, що ці щільні більш дрібні дерева набагато частіше затьмарені тінню чи оклюзією, або не можуть бути вирішені при 1-метровай роздільній здатності, або агломеровані разом, оскільки вони є грудкою одного виду.

Відповідь Джен правильна у цій першій частині: Викидання інформації про полігон - це марно. Тут є і ускладнення. Дерева відкритого типу мають набагато менш вертикальну, більш розкинуту крону, всі інші речі рівні, ніж рівномірна підставка або дерево у зрілому лісі. Детальніше див. №3.

Друга проблема:

Ідеально вам слід працювати з порівнянням яблук з яблуками. Покладаючись на NDVI для одного та B&W для іншого, вводить невідомі упередження у ваші результати. Якщо ви не можете отримати належних даних за 1989 рік, ви можете замість цього використати деградовані дані з ПЗ за 2009 рік або навіть спробувати виміряти зміщення даних за 2009 р. Відносно Н / З та екстраполювати результати NDVI за 1989 рік.

Це може бути, а може і не бути правдоподібним, щоб вирішити цю проблему трудомістко, але є пристойний шанс, що вона буде розглянута під час експертної оцінки.

Третя проблема:

Що саме ви намагаєтеся виміряти? Щільність ядра не має значенняметричні, це дає вам змогу знайти ділянки новорослих молодих дерев, які швидко знищують одне одного (за умови обмеження затінення / оклюзії, що вище); Лише ті, у кого найкращий доступ до води / сонячного світла, якщо вони є, виживуть через кілька років. Покриття навісом було б поліпшенням щільності ядра для більшості завдань, але це також має проблеми: він обробляє велику рівномірну стійку 20-річних дерев, які щойно ледве закрили навіс стільки ж, скільки встановлену 100 -річний ліс. Ліси важко оцінити таким чином, щоб зберегти інформацію; Модель висоти навісу ідеально підходить для безлічі завдань, але неможливо отримати історично. Використовуваний показник найкраще вибирати на основі опрацювання ваших цілей. Хто вони?

Редагувати:

Метою є відчуття розширення сходів на рідні луки. Статистичні методи все ще цілком справедливі , вони просто потребують певної деталізації та суб'єктивного вибору.

  • Обчисліть основний показник покриття навісу. Це може включати сітчастий підхід безпосередньо на полігонах корони або перетворення багатокутників коронки на растр + розмивання їх, якщо вам потрібна більш безперервна версія.
  • Спробуйте відокремити класи ландшафту, в якому робити аналіз, виходячи з відсоткового покриття. Статистичні прийоми, з якими ви працюєте у закритому лісі, можуть бути іншими, ніж ті, які ви використовуєте на майже голих лугах, або навіть можуть бути виправдано виключені з аналізу. Деякі невеликі ділянки ваших ландшафтів включатимуть "розширення скрабленду", а вибір способу підкреслити той ефект та ігнорувати дані, які не стосуються, залежить від статистики.
  • Я не знаю, чи це буде працювати протягом 20-річного періоду (і це буде працювати краще з додатковими проміжними епохами), але спробуйте звернути увагу на діаметр крони як проксі для віку дерева. Ви маєте визначитися з певним запитанням, чи є подвоєння розмірів існуючої крони «розширенням», чи потрібні нові дерева. Якщо це останнє, ви маєте деяке уявлення, чи є вони новими (принаймні, для деяких класів пейзажу, які ви вибрали вище, де можна перевірити певний ступінь доступу сонячного світла).
  • Залежно від ваших екологічних цілей, можливо, варто не тільки дослідити щільність дерев, але й дослідити фрагментацію ландшафту, використовуючи такі пакети, як Fragstats .
  • Довгий знімок. Переконайтеся, що немає жодного набору даних LIDAR в окрузі, що очікується, щоб його використовувати як перевірку та оцінку точності для вашої здатності розрізняти корони в наборі даних 2009 року.

Дякую Кріс, ти відкрив багато законних дірок у підході KDE до зміни виявлення. Я боровся з тим, як найкраще впоратися з різницею в якості зображення між 2009 і 1989 роками. Мета цих даних - оцінити експансію чагарників на рідні луки. Я вважаю, що найкращим підходом є використання цих даних перепису, а фактично не використання статистичного підходу, а скоріше описового.
Аарон

Не обов'язково. Відповідь відредаговано з деякими пропозиціями.
КартографуванняЗавтра

5

Проблема вашої програми KDE полягає в тому, що вона розгладжує всю область і, таким чином, закриває прогалини, які ви можете знайти.

Коли я прочитав, що ви використовували NDVI для виявлення крони дерев, мені цікаво, як виглядають багатокутники крони? це справді поодинокі багатокутники з ідентифікацією деревних порід, пов'язаними з ним?

Якщо у вас є розкіш мати багатокутники для кожної крони дерева і вас цікавить, де загубилася крона дерева, то я думаю, що є дві можливості; вектор і растровий розчин.

вектор

  1. комбінуйте всі багатокутники за один рік, щоб не залишилося полів, що перекриваються. поодинокі поліси - це добре. це призведе до двох формфайлів
  2. використовуйте накладання або перехрестя, щоб знайти ділянки, де 1989 та 2009 роки не збігаються (більше).

растровий

  1. конвертувати всі багатокутники з кожного року у двійковий растр з 0 = notree та 1 = дерево. використовувати високу роздільну здатність, наприклад, 0,5 м і білінеарний інтерпол? це забезпечить рівність країв
  2. відняти двійкові зображення (2009-1989), і ви повинні отримати щось подібне до першого результату, але звільнене від згладжених KDE

Я сподіваюся, що це виходить :) Я не спробував цих ідей, а просто записав те, що мені спало на думку. Щасти!

о ... можливо, ви могли також просто зробити підхід підрахунку квадрата. на кожен рік, розріжте свою ділянку за допомогою векторної сітки розміром 100x100 м, підрахуйте точки в полігонах та порівняйте два різних малюнки. просто інша ідея ...


Єнс, відмінний аналіз екологічної проблеми. Ваша лаконічна відповідь виявляє серйозну проблему з підходом KDE і справді допомагала загальним шляхом вперед.
Аарон

2

Загальна зміна рослинності може бути розрахована за допомогою цифрового аналізу змін. Для запуску цього аналізу спочатку знадобиться 4-діапазонне зображення (R, G, B і NIR) для 1989 і 2009 років. Далі, використовуючи програмне забезпечення для дистанційного зондування (наприклад, ENVI або Erdas), запустіть аналіз NDVI на кожному зображенні . Аналіз NDVI порівнює співвідношення діапазону NIR - червона смуга / діапазон NIR + пікселі червоної смуги. Результат цього рівняння дає піксельні значення, що варіюються від -1 до 1. Пікселі, значення яких менші за нуль, не показують відбиття в діапазоні NIR. Так само пікселі, значення яких перевищує нуль, відображають світло NIR і, таким чином, вважаються рослинністю. Процес аналізу цифрових змін просто віднімає одне зображення NDVI від іншого (віднімаємо 1989 з 2009 р.). Перегляньте посилання нижче для більш поглибленої дискусії.

http://www.bioline.org.br/pdf?er07006


Дякую за думку, що провокує відповідь та посилання. NDVI були створені з 1-метрового 4-діапазонного NAIP DOQQ, щоб отримати місця розташування дерев. Однак, 1-метрова фотографія NAIP доступна лише у відтінках сірого - тому цим зображенням довелося маніпулювати по-різному, щоб отримати місця розташування дерев. Для цього дослідження може бути занадто багато "фонового шуму", використовуючи NDVI, генеровані з ТМ, або інші зображення низької роздільної здатності для аналізу цифрових змін. Знову дякую!
Аарон
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.