Ocena kondycji drzewostanów Tatrzańskiego Parku Narodowego za pomocą metody drzewa decyzyjnego oraz wielospektralnych obrazów satelitarnych Landsat 5 TM

• Autorzy: Ochtyra A. , Zagajewski B. , Kozlowska A. , Marcinkowska-Ochtyra A. , Jarocinska A.

Warianty tytułu

EN

Assessment of the condition of forests in the Tatra National Park using decision tree method and multispectral Landsat TM satellite images

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

EN

The paper presents a method of Landsat 5 Thematic Mapper satellite image processing to assess the condition of forests in the Tatra National Park (southern Poland). Selected images were acquired on 1987/09/01, 2005/09/02 and 2011/09/03 from the same sensor with maximum time interval for the first and last scene and from similar phenological period. Firstly, the data were radiometrically corrected using the ATCOR 2/3 software and Digital Terrain Model from the ASTER mission. Quality of the correction was assessed calculating RMSE for reflectance values from images and resampled spectral characteristics collected in terrain. RMSE was in range 3−10%. Next, basing on Landsat images, Normalized Difference Infrared Index (NDII) and a Maximum Likelihood supervised classificatory, following dominant land cover types were identified: forests (including dwarf pine), grasslands, rocks, lakes, shadows (additionally clouds were distinguished on data from 1987/09/01). It allowed to select forest areas with producer accuracy not worse than 97.69% and user accuracy not worse than 98.31%. On corrected Landsat images Normalized Difference Vegetation Index (NDVI, an overall vegetation state) and Moisture Stress Index (MSI, canopy water content) were calculated. Vegetation indices discriminated forest state using the decision tree method. The worst overall condition was observed for the 1987 (about 21% of forest stands were in the worst condition and 87% were in medium condition), while the best one in 2005 (75.51% forest stands were in good condition and 10.66% were in the best condition). In case of 2011, the overall condition was quite good, but there were large areas with poor condition caused by bark beetle outbreaks. Proposed method allows for a fast and objective assessment of forest condition. It is possible to detect damaged areas or stands in poor condition. It can be complement for traditional methods of monitoring and management in forestry and nature protection.

Słowa kluczowe

PL

lesnictwo; Tatrzanski Park Narodowy; lasy gorskie; drzewostany; kondycja drzew; metody oceny; drzewa decyzyjne; teledetekcja satelitarna; obrazy satelitarne; satelita Landsat TM

• Wydawca: -
• Czasopismo: Sylwan
• Rocznik: 2016
• Tom: 160
• Numer: 03
• Opis fizyczny: s.256-264,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Ochtyra A.

• Zakład Geoinformatyki, Kartografii i Teledetekcji, Uniwersytet Warszawski, ul.Krakowskie Przedmieście 30, 00-927 Warszawa

autor

Zagajewski B.

• Zakład Geoinformatyki, Kartografii i Teledetekcji, Uniwersytet Warszawski, ul.Krakowskie Przedmieście 30, 00-927 Warszawa

autor

Kozlowska A.

• Zakład Geoekologii i Klimatologii, Polska Akademia Nauk, ul.Twarda 51/55, 00-818 Warszawa

autor

Marcinkowska-Ochtyra A.

• Zakład Geoinformatyki, Kartografii i Teledetekcji, Uniwersytet Warszawski, ul.Krakowskie Przedmieście 30, 00-927 Warszawa

autor

Jarocinska A.

• Zakład Geoinformatyki, Kartografii i Teledetekcji, Uniwersytet Warszawski, ul.Krakowskie Przedmieście 30, 00-927 Warszawa

Bibliografia

• Arzani H., King G. W. 1997. Application of remote sensing (Landsat TM data) for vegetation parameters measurement in western division of NSW. Proceedings of XVIII IGC. Winnepeg, Manitoba.
• Baniya N., Zawiła-Niedźwiecki T., Majunke C., Hauswirth M. 2006. Zdjęcia satelitarne Landsat TM w ocenie gradacji brudnicy mniszki. Leśn. Pr. Bad. 3: 33-44.
• Bauer M. E., Burk T. E., Ek A. R., Coppin P. R., Lime S. D., Walsh T. A., Walters D. K., Befort W., Heinzen D. F. 1994. Satellite inventory of Minnesota forest resources. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 60 (3): 287-298.
• Caldwell M. M. 1971. Solar ultraviolet radiation and the growth and development of higher plants. W: Giese A. C. [red.]. Photophysiology. Academic Press, New York. 131-177.
• Ciołkosz A., Kęsik A. 1989. Teledetekcja satelitarna. PWN, Warszawa.
• Clark R. N., Swayze G. A., Wise R., Livo E., Hoefen T., Kokaly R., Sutley S. J. 2007. USGS digital spectral library splib06a: U.S. Geological Survey, Digital Data Series 231.
• Cook E. A., Iverson L. R. 1989. Estimating forest productivity with Thematic Mapper and biogeographical data. Remote Sensing of Environment 28: 131-141.
• Fedorowicz-Jackowski W., Głazek G. 1994. Tatry. Satelitarna Mapa Obrazowa. NEOKART GIS. Warszawa.
• Guzik M. [red.]. 2009. Długookresowe zmiany w przyrodzie i użytkowaniu Tatrzańskiego Parku Narodowego 1955-1977-2004. Materiały konferencyjne, 21-22 maja 2009, Zakopane.
• Hardisky M. A., Klemas V., Smart R. M. 1983. The influences of soil salinity, growth form, and leaf moisture on the spectral reflectance of Spartina alterniflora canopies. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 49: 77-83.
• Hunt E. R., Rock B. N. 1989. Detection of changes in leaf water content using near- and middle-infrared reflectances. Remote Sensing of Environment 30: 43-54.
• Jakomulska A. 1999. Zróżnicowanie wysokogórskiej roślinności Tatr w świetle badań teledetekcyjnych. Katedra Geoinformatyki i Teledetekcji, WGiSR UW. Praca doktorska.
• Jarocińska A., Zagajewski B. 2008. Korelacje naziemnych i lotniczych teledetekcyjnych wskaźników roślinności dla zlewni Bystrzanki. Teledetekcja Środowiska 40: 100-124.
• Jarocińska A., Zagajewski B., Ochtyra A., Marcinkowska-Ochtyra., Kycko M., Pabjanek P. 2014. Przebieg klęski ekologicznej w Karkonoszach i Górach Izerskich na podstawie analizy zdjęć satelitarnych Landsat. Konferencja „25 lat po klęsce ekologicznej w Karkonoszach i Górach Izerskich – obawy a rzeczywistość”. Jelenia Góra. 47-61.
• Jensen J. R. 1983. Biophysical Remote Sensing – Review Article. Annals of the Associations of American Geographers 73 (1): 111-132.
• Johansen K., Phinn S. 2006. Mapping Structural Parameters and Species Composition of Riparian Vegetation Using IKONOS and Landsat ETM+ Data in Australian Tropical Savannahs. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing 72 (1): 71-80.
• Kycko M., Zagajewski B., Kozłowska A. 2014. Variablility in spectral characteristics of trampled high-mountain grasslands. Miscellanea Geographica 18 (2): 10-14.
• Olthof I., King D. J., Lautenschlager R. A. 2004. Mapping deciduous forest ice storm damage using Landsat and environmental data. Remote Sensing of Environment 89: 484-496.
• Raczko E., Zagajewski B., Ochtyra A., Jarocińska A., Marcinkowska-Ochtyra A., Dobrowolski M. 2015. Określenie składu gatunkowego lasów Góry Chojnik (Karkonoski Park Narodowy) z wykorzystaniem lotniczych danych hiperspektralnych APEX. Sylwan 159 (7): 593-599.
• Richter R., Shläpfer D. 2015. Atmospheric/Topographic Correction for Satellite Imagery. ATCOR-2/3 User Guide, Version 9.0.0, http://www.rese.ch/pdf/atcor3_manual.pdf
• Rock B. N., Vogelmann J. E., Williams D. L., Hoshizaki T. 1986. Remote detection of forest damage. BioScience 36: 439-445.
• Rogan J., Franklin J., Roberts D. A. 2002. A comparison of methods for monitoring multitemporal vegetation change using Thematic Mapper imagery. Remote Sensing of Environment 80: 143-156.
• Rouse J. W., Haas R. H., Schell J. A., Deering D. W. 1973. Monitoring Vegetation Systems in the Great Plains with ERTS. Third ERTS Symposium, NASA SP-351 1: 309-317.
• Walczykowski P., Orych A., Łysenko J. 2012. Przykład wykorzystania zobrazowań Landsat TM do oceny stanu zagrożenia pożarowego lasów. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji 24: 393-402.
• Wężyk P., Guzik M. 2001. Techniki geoinformatyczne w badaniach czasowo-przestrzennych zmian szaty roślinnej na przykładzie rejonu Kasprowego Wierchu w Tatrach. Teledetekcja Środowiska 33: 58-67.
• Zagajewski B. 2010. Ocena przydatności sieci neuronowych i danych hiperspektralnych do klasyfikacji roślinności Tatr Wysokich. Teledetekcja Środowiska 43: 113.
• Zawiła-Niedźwiecki T., Wiśniewska E. 2004. Satellite based inventory of insects outbreaks as a tool of forest landscape monitoring. Proceedings of the Lviv University, Ser. Geogr. 31: 285-291.
• Zwijacz-Kozica M., Zwijacz-Kozica T., Zagajewski B. 2010. Ocena wpływu turystyki i narciarstwa na stan kosodrzewiny w rejonie Hali Gąsienicowej na podstawie zdjęć hiperspektralnych. Nauka a zarządzanie obszarem Tatr i ich otoczeniem. Tom II. 81-86.