410 likes | 690 Views
DPZ. Část 3 Řízená klasifikace Spektrální indexy. Program přednášky. Řízená klasifikace trénovací plochy klasifikátory Spektrální indexy Aplikace DPZ v geografii. Řízená x neřízená klasifikace. Neřízená klasifikace
E N D
DPZ Část 3 Řízená klasifikace Spektrální indexy
Program přednášky • Řízená klasifikace • trénovací plochy • klasifikátory • Spektrální indexy • Aplikace DPZ v geografii Aplikace VT ve FG
Řízená x neřízená klasifikace • Neřízená klasifikace • pomocí matematických algoritmů vytvoříme spektrálně separovené kategorie, kterým podle podpůrných dat (mapa, terén, letecké foto) přiřazujeme funkční význam • Řízená klasifikace • nejprve definujeme informační kategorie (legendu) a pak zkoumáme jejich spektrální odlišnost Aplikace VT ve FG
Řízená klasifikace • Postup • definování „trénovacích ploch“ • výpočet statistických charakteristik pro plochy, editace a výběr vhodných pásem pro klasifikaci • výběr klasifikátoru • klasifikace • úprava, hodnocení, prezentace výsledků Aplikace VT ve FG
Trénovací plochy 1. definice tříd 2. výběr ploch • vhodná lokalizace • vhodná velikost(>100px) • homogenita • přesná vymezitelnost Aplikace VT ve FG
Trénovací plochy - statistika • Ověření homogenity trénovacích tříd a ploch • Výběr vhodných pásem pro klasifikaci • Statistické vlastnosti třídy z vybraných pásem - signatura Aplikace VT ve FG
Trénovací plochy • Testování vhodnosti trénovacích ploch • histogramy - statistické rozdělení • normální – O.K. • bimodální (dva vrcholy) – chybně definovaná třída, obsahuje informačně odlišné prvky - rozdělení tříd • spektrogramy • korelogram Aplikace VT ve FG
Trénovací plochy - statistika Aplikace VT ve FG
Klasifikace • Pomocí vhodného rozhodovacího pravidla jsou pixely zařazovány do tříd. Natrénované třídy A, B, C a jejich spektrální hodnoty Zařazovaný pixel Centroid (střed shluku) Aplikace VT ve FG
Klasifikátory • Základní algoritmy • Minimální vzdálenosti středů shluků • Klasifikátor pravoúhelníků (paralellpipeds) • Klasifikátor K nejbližších sousedů • Klasifikátor maximální pravděpodobnosti • Bayesovský klasifikátor • ...řada dalších Aplikace VT ve FG
Klasifikátor minimální vzdálenosti středů shluků • Vypočtení polohy středu shluku (centroidu) • Příslušnost k dané třídě určena podle vzdálenosti pixelu od jednotlivých centroidů • nevýhoda – neuvažuje rozptyl hodnot (podle rozptylu má pixel blíž k C než k B) Aplikace VT ve FG
Klasifikátor pravoúhelníků (paralellpipeds) • Ohraničení min a max hodnot ve všech hodnocených pásmech hyperkvádry • Pixely mimo oblasti nejsou klasifikovány • Pixely v překryvu – definování pravidel pro zařazení Aplikace VT ve FG
Klasifikátor K-nejbližších sousedů • Algroritmus vyhledá ke každému pixelu předem zadaný počet nejbližších pixelů v příznakovém prostoru. • Pixel je zařazen do třídy, která podle počtu příznakových pixelů převažuje Aplikace VT ve FG
Klasifikátor maximální pravděpodobnosti • Při zatřiďování pixelů hodnotí rozptyl, korelaci a kovarianci • Vytvoří izolinie pravděpodobnosti výskytu pixelu s určitou hodnotou • Pixel zařazen do třídy, ve které má největší pravděpodobnost výskytu Aplikace VT ve FG
Řízená klasifikace v MultiSpecu • Definice trénovacích ploch • Processor – Statistics Aplikace VT ve FG
Řízená klasifikace v MultiSpecu Vymezení trénovací plochy, automatické uzavření polygonu po dvojkliku Definice nebo výběr třídy Přidání dokončené trénovací plochy do seznamu případné pojmenování plochy Aplikace VT ve FG
Řízená klasifikace v MultiSpecu Testování homogenity tříd a trénovacích ploch separace jednotl. tříd Aplikace VT ve FG
Řízená klasifikace v MultiSpecu výběr zobrazených pásem Aplikace VT ve FG
Řízená klasifikace v MultiSpecu Aplikace VT ve FG
Řízená klasifikace v Multispecu Výběr metody Aplikace VT ve FG
Klasifikátory v MultiSpecu • 6 základních metod možnost vytvoření pravděpodobnostního souboru – hodnota, s jakou pravděpodobností pixel patří do dané třídy Výstup do souboru Aplikace VT ve FG
Řízená klasifikace - výsledky Aplikace VT ve FG
Kvantitativní kontrola výsledků Chybová matice Aplikace VT ve FG
Řízená klasifikace - cvičení • Klasifikace jedné vybrané třídy • voda • jehličnatý les • Vytvoření pravděpodobnostního souboru Aplikace VT ve FG
Řízená klasifikace - cvičení • Natrénování 5 tříd • voda • jehličnatý les • holé plochy • 2 druhy kultur • Výpočet řízené klasifikace Aplikace VT ve FG
Modelování s daty DPZ • Spektrální / vegetační indexy • aritmetické operace s dvěma či více pásmy • cíl – na základě znalosti spektrální odrazivosti zvýraznit vegetační složku a její vlastnosti • Poměrové indexy • jednoduchý nebo normalizovaný poměr odrazivosti povrchu v červené viditelné a blízké infračervené části spektra • SR • NDVI • LAI, TVI, SLAVI aj. • Ortogonální indexy • lineární kombinace původních multispektrálních pásem • Tasseled Cap transfomation • PVI (perpendicular vegetation index) Aplikace VT ve FG
Vegetační indexy • Maximalizují citlivost na biofyzikální paramtery rostlin tak, aby z výsledku bylo možno hodnotit stav a vegetační podmínky. • Eliminují rušivý vliv externích činitelů – atmosféry, půdy aj. • Pro validaci jsou navázány na některý z měřitelných parametrů vegetace (obsah chlorovylu, celková biomasa aj.) Aplikace VT ve FG
Vegetační indexyNDVI • NDVI – Normalized Difference Vegetation Index • NDVI = (TM4 - TM3) / (TM4 + TM3) • hodnoty v intervalu [ -1; +1] • využití v systémech Landsat TM (TM3,4) NOAA AVHRR (pásmo 1,2) • přehledové mapování stavu vegetace Aplikace VT ve FG
Vegetační indexyNDVI • Typické hodnoty (AVHRR, podle Williams, 1995) Aplikace VT ve FG
Vegetační index SAVI • Soil Adjusted Vegetation Index • NIR ... TM4, red ... TM3 • L ... soil calibration factor, zpravidla • Index minimalizuje rušivý vliv půdy, citlivý na atmosférické vlivy, možnost další modifikace (ARVI – Atmospherically Resistant Veget. Indx) Aplikace VT ve FG
Další indexy • SR – Simple Ratio • SR = TM4 / TM3 • první používaný vegetační index • Infrared index (Hardisky et al., 1983) • II = (TM4-TM5) / (TM4+TM5) • citlivější na změny biomasy rostlin a vodní stres vegetace než NDVI • Mid IR index (Musick & Pelletier, 1988) • Mid IR = TM5 / TM7 • vysoká korelace s obsahem půdní vláhy Aplikace VT ve FG
Další indexy • Moisture stress index(Rock et al., 1986) • Leaf Water Content Index(Hunt et al., 1986) Crist, 1985 Aplikace VT ve FG
Tasseled Cap • Kauth & Thomas – transformace pásem Landsat MSS do čtyř nových, obsahující odvozenou tematickou informaci: • Soil Brightness Index • Greeness Vegetation Index • Yellow Stuff Index • Non-such (rovnice viz Jensen, 2000; Dobrovolný, 1998) • Globální vegetační index, možnost použití v libovolné geografické oblasti Aplikace VT ve FG
Modifikace Tasseled Cap pro Landsat TM Brightness, Greeness, Wetness • Brightness= 0.0243TM1 + 0.4158TM2 + 0.5524TM3 + 0.541TM4 + 0.3124TM5 + 0.2303TM7 • Greeness= 0.0243TM1 + 0.4158TM2 + 0.5524TM3 + 0.541TM4 + 0.3124TM5 + 0.2303TM7 • Wetness= 0.0243TM1 + 0.4158TM2 + 0.5524TM3 + 0.541TM4 + 0.3124TM5 + 0.2303TM7 Crist, 1985 Aplikace VT ve FG
Výpočet spektrálních indexů v MultiSpecu 1. 2. 3. popis kanálů (pásem) ... C1 až Cx násobky bez znaménka (0.72C4) příklad: výpočet NDVI Aplikace VT ve FG
Cvičení – vegetační indexy • Z dat Frymburk.lan vypočtěte • Simple Ratio (SR) • Moisture Stress Index (SRI) • Normalizovaný vegetační index NDVI Aplikace VT ve FG
Aplikace DPZ v oblastech s vegetací • Zemědělství • Lesnictví • Krajinná ekologie • Aplikace: • Prostorová struktura krajiny (landcover) • Kvantitativní charakteristiky vegetace • rozlohy lesa, zemědělských kultur • Kvalitativní stav vegetace • zdravotní stav lesa • Časové změny vegetace • změna rozlohy lesa/luk/kultur Aplikace VT ve FG
Aplikace DPZ v hydrologii • Oceánografie • Kontinentální hydrologie • Aplikace • rozloha vodních objektů • znečištění vodních objektů • teplotní charakteristiky vodních objektů • vlhkostní charakteristiky krajiny • rozloha sněhové pokrývky • analýza vodní hodnoty sněhu Aplikace VT ve FG
Aplikace DPZ v urbanizovaných oblastech • Územní plánování • Krajinná ekologie • Aplikace: • změna struktury území • územní rozvoj • změny teplotních charakteristik urbanizované krajiny • analýza industrializovaných oblastí • změny krajiny v oblastech těžby Aplikace VT ve FG
Aplikace DPZ v geomorfologii • Geomorfologie • Pedologie • Průzkum nalezišť nerostných surovin • Aplikace: • pedologie – půdní druhy, půdní vláha • analýza minerálů • geomorfologie – základní strukturní tvary a formy reliéfu (zlomy aj.) • změny reliéfu (zemětřesení, vulkanologie) • mapování • generování 3D DMT ze stereo družit (SPOT) • údolní a hydrografická síť Aplikace VT ve FG