Interest of SPOT 4-MIR for inventory and monitoring of Russian forests. Final report
Intérêt des données SPOT 4-MIR pour l'inventaire et le suivi des forêts russes. Rapport final
Résumé
This study was jointly carried out by two French (LCT, IFN) and two Russian (IFI, RAS-SPEPL) institutes. It had three aims : assessment of the interest of the linear spectral mixture analysis method for mapping species composition in boreal forests ; assessment of a change detection methodology in a boreal forest environment ; assessment of particular interest of the MIR spectral band for the two previous activities. The study area is a Russian boreal forest with 3 main species or group of species : pine (45%), spruce(20%) and broadleaves (35%). Available data where those included in a GIS, particularly results of a forest inventory carried out in 1990 and 1991 and remotely sensed data : aerial photography at 1/12,000 scale and Landsat TM images acquired in spring 1986 and 1995. These images have been radiometrically (scan noise removal) and geometrically (geometric corrections) pre-processed. The linear spectral mixture analysis (SMA) method for estimation of species fractions is based on the hypothesis that one pixel signal can be expressed as a linear combination of the signals of the elementary components it contains. The study has shown that, in this boreal environment, the SMA method cannot obtain better results than traditional classification methods. The change detection methodology used in the second part of the study is based on the calculation of a pixel-to-pixel difference between the 2 images, after their relative normalisation. The analysis of the radiometric evolutions of 104 sample stands showed that a large range of change types could be detected. A precise datation of the sylvicultural events, missing for this project but now forecast, will bring complementary information on how long an operation can be radiometrically detected. The analysis of the advantages of the future SPOT4/MIR spectral band has been done through data analysis (MFA, PCA), study of between-channels correlation and study of the ranges of the different channels. It has showed that the MIR brought an additional structured information linked to the species composition of the stands. Moreover, the MIR spectral band turned out to be the more accurate channel for change detection
Cette étude, menée conjointement par le Laboratoire Commun de Télédétection et l'Inventaire Forestier National, en collaboration avec deux organismes Russes (IFI et RAS-SPEPL), poursuivait 3 objectifs : estimer l'intérêt de la méthode dite par décomposition spectrale du pixel pour une cartographie par espèces de la forêt boréale ; évaluer les possibilités d'une méthode de détection des changements ayant lieu en milieu forestier ; évaluer l'intérêt du canal moyen infrarouge (MIR) pour les 2 méthodes et les 2 objectifs cités précédemment. Cette étude a eu lieu sur une forêt boréale russe dotée d'une composition spécifique à 3 espèces ou groupes d'espèces dominants : pins (45%), épicéas (20%) et feuillus (35%). Les données utilisées sont celles contenues dans un Système d'Information Géographique, notamment les résultats d'un inventaire forestier mené en 1990 et 1991, ainsi que des données de télédétection : photo aériennes au 1/12,000 et deux images Landsat TM acquises aux printemps 1986 et 1995. Ces dernières ont fait l'objet de prétraitements radiométriques (délignage) et géométriques (corrections géométriques). La méthode de décomposition spectrale du pixel faisant l'objet du premier volet de l'étude est basée sur l'hypothèse que la signature d'un pixel peut être exprimée par une combinaison linéaire des signatures des différents objets qui le composent. Les résultats obtenus dans cette partie n'ont pas permis de conclure à une supériorité de cette méthode par rapport aux méthodes classiques de classification d'images. La méthode de détection des changements utilisée dans le deuxième volet de l'étude est basée sur le calcul de la différence pixel à pixel entre les deux images après leur normalisation relative. L'analyse des évolutions radiométriques d'un échantillon de 104 parcelles a permis de constater qu'une grande diversité de changements pouvaient être détectés. Une datation plus précise des différents événements sylvicoles aurait cependant permis d'affiner l'analyse de ces résultats. Le dernier volet de cette étude, l'évaluation de l'intérêt de la future bande MIR/SPOT4, a été mené par l'intermédiaire de différentes techniques d'analyse de données (AFC, ACP), par l'analyse des corrélations inter-canaux et par l'étude de la dynamique des différents canaux. Le MIR s'est avéré être porteur d'une information supplémentaire structurée quant à la composition en espèces des peuplements forestiers. Il est de plus le canal le plus performant pour la détection des changements.