Assessing remote sensing application on rangeland insurance in Canadian prairies

Part of the problem with implementing a rangeland insurance program is that the acreage of different pasture types, which is required in order to determine an indemnity payment, is difficult to measure on the ground over large areas. Remote sensing techniques provide a potential solution to this problem. This study applied single-date SPOT (Satellite Pour I’Observation de la Terre) imagery, field collected data, and geographic information system (GIS) data to study the classification of land cover and vegetation at species level. Two topographic correction models, Minnaert model and C-correction, and two classifying algorithms, maximum likelihood classifier (MLC) and artificial neural network (ANN), were evaluated. The feasibility of discriminating invasive crested wheatgrass from natives was investigated, and an exponential normalized difference vegetation index (ExpNDMI) was developed to increase the separability between crested wheatgrass and natives. Spectral separability index (SSI) was used to select proper bands and vegetation indices for classification. The results show that topographic corrections can be effective to reduce intra-class rediometric variation caused by topographic effect in the study area and improve the classification. An overall accuracy of 90.5% was obtained by MLC using Minnaert model corrected reflectance, and MLC obtained higher classification accuracy (~5%) than back-propagation based ANN. Topographic correction can reduce intra-class variation and improve classification accuracy at about 4% comparing to the original reflectance. The crested wheatgrass was over-estimated in this study, and the result indicated that single-date SPOT 5 image could not classify crested wheatgrass with satisfactory accuracy. However, the proposed ExpNDMI can reduce intra-class variation and enlarge inter-class variation, further, improve the ability to discriminate invasive crested wheatgrass from natives at 4% of overall accuracy. This study revealed that single-date SPOT image may perform an effective classification on land cover, and will provide a useful tool to update the land cover information in order to implement a rangeland insurance program

Remote sensing of endangered tree species in the fragmented Dukuduku Indigenous Forest of KwaZulu-Natal, South Africa.

Doctor of Philosophy in Environmental Sciences. University of KwaZulu-Natal, Pietermaritzburg, 2016.Abstract available in PDF file

Data-driven model development in environmental geography - Methodological advancements and scientific applications

Die Erfassung räumlich kontinuierlicher Daten und raum-zeitlicher Dynamiken ist ein Forschungsschwerpunkt der Umweltgeographie. Zu diesem Ziel sind Modellierungsmethoden erforderlich, die es ermöglichen, aus limitierten Felddaten raum-zeitliche Aussagen abzuleiten. Die Komplexität von Umweltsystemen erfordert dabei die Verwendung von Modellierungsstrategien, die es erlauben, beliebige Zusammenhänge zwischen einer Vielzahl potentieller Prädiktoren zu berücksichtigen. Diese Anforderung verlangt nach einem Paradigmenwechsel von der parametrischen hin zu einer nicht-parametrischen, datengetriebenen Modellentwicklung, was zusätzlich durch die zunehmende Verfügbarkeit von Geodaten verstärkt wird. In diesem Zusammenhang haben sich maschinelle Lernverfahren als ein wichtiges Werkzeug erwiesen, um Muster in nicht-linearen und komplexen Systemen zu erfassen. Durch die wachsende Popularität maschineller Lernverfahren in wissenschaftlichen Zeitschriften und die Entwicklung komfortabler Softwarepakete wird zunehmend der Fehleindruck einer einfachen Anwendbarkeit erzeugt. Dem gegenüber steht jedoch eine Komplexität, die im Detail nur durch eine umfassende Methodenkompetenz kontrolliert werden kann. Diese Problematik gilt insbesondere für Geodaten, die besondere Merkmale wie vor allem räumliche Abhängigkeit aufweisen, womit sie sich von "gewöhnlichen" Daten abheben, was jedoch in maschinellen Lernanwendungen bisher weitestgehend ignoriert wird. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Potenzial und der Sensitivität des maschinellen Lernens in der Umweltgeographie. In diesem Zusammenhang wurde eine Reihe von maschinellen Lernanwendungen in einem breiten Spektrum der Umweltgeographie veröffentlicht. Die einzelnen Beiträge stehen unter der übergeordneten Hypothese, dass datengetriebene Modellierungsstrategien nur dann zu einem Informationsgewinn und zu robusten raum-zeitlichen Ergebnissen führen, wenn die Merkmale von geographischen Daten berücksichtigt werden. Neben diesem übergeordneten methodischen Fokus zielt jede Anwendung darauf ab, durch adäquat angewandte Methoden neue fachliche Erkenntnisse in ihrem jeweiligen Forschungsgebiet zu liefern. Im Rahmen der Arbeit wurde eine Vielzahl relevanter Umweltmonitoring-Produkte entwickelt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass sowohl hohe fachwissenschaftliche als auch methodische Kenntnisse unverzichtbar sind, um den Bereich der datengetriebenen Umweltgeographie voranzutreiben. Die Arbeit demonstriert erstmals die Relevanz räumlicher Überfittung in geographischen Lernanwendungen und legt ihre Auswirkungen auf die Modellergebnisse dar. Um diesem Problem entgegenzuwirken, wird eine neue, an Geodaten angepasste Methode zur Modellentwicklung entwickelt, wodurch deutlich verbesserte Ergebnisse erzielt werden können. Diese Arbeit ist abschließend als Appell zu verstehen, über die Standardanwendungen der maschinellen Lernverfahren hinauszudenken, da sie beweist, dass die Anwendung von Standardverfahren auf Geodaten zu starker Überfittung und Fehlinterpretation der Ergebnisse führt. Erst wenn Eigenschaften von geographischen Daten berücksichtigt werden, bietet das maschinelle Lernen ein leistungsstarkes Werkzeug, um wissenschaftlich verlässliche Ergebnisse für die Umweltgeographie zu liefern

Forestry Applications of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) 2019

Unmanned aerial vehicles (UAVs) are new platforms that have been increasingly used in the last few years for forestry applications that benefit from the added value of flexibility, low cost, reliability, autonomy, and capability of timely provision of high-resolution data. The main adopted image-based technologies are RGB, multispectral, and thermal infrared. LiDAR sensors are becoming commonly used to improve the estimation of relevant plant traits. In comparison with other permanent ecosystems, forests are particularly affected by climatic changes due to the longevity of the trees, and the primary objective is the conservation and protection of forests. Nevertheless, forestry and agriculture involve the cultivation of renewable raw materials, with the difference that forestry is less tied to economic aspects and this is reflected by the delay in using new monitoring technologies. The main forestry applications are aimed toward inventory of resources, map diseases, species classification, fire monitoring, and spatial gap estimation. This Special Issue focuses on new technologies (UAV and sensors) and innovative data elaboration methodologies (object recognition and machine vision) for applications in forestry

Advances in Computational Intelligence Applications in the Mining Industry

This book captures advancements in the applications of computational intelligence (artificial intelligence, machine learning, etc.) to problems in the mineral and mining industries. The papers present the state of the art in four broad categories: mine operations, mine planning, mine safety, and advances in the sciences, primarily in image processing applications. Authors in the book include both researchers and industry practitioners

Earth Observation Open Science and Innovation

geospatial analytics; social observatory; big earth data; open data; citizen science; open innovation; earth system science; crowdsourced geospatial data; citizen science; science in society; data scienc

Remote Sensing of the Aquatic Environments

The book highlights recent research efforts in the monitoring of aquatic districts with remote sensing observations and proximal sensing technology integrated with laboratory measurements. Optical satellite imagery gathered at spatial resolutions down to few meters has been used for quantitative estimations of harmful algal bloom extent and Chl-a mapping, as well as winds and currents from SAR acquisitions. The knowledge and understanding gained from this book can be used for the sustainable management of bodies of water across our planet