Detekce mořského odpadu multispektrálními družicovými senzory s vysokým rozlišením

Bc. David Lískovec

Master's thesis

Detection of marine litter using multispectral satellite sensors with high resolution

Abstract:

Diplomová práce se zabývá možností detekce mořského odpadu za pomoci multispektrálních satelitních snímků s vysokým prostorovým rozlišením pořízených senzory nesenými družicemi PlanetScope a Sentinel-2. V rešeršní části je práce zaměřena především na rozdělení mořského odpadu z hlediska jeho typů a přibližuje jeho vliv na životní prostředí. Také jsou zde předloženy různé současné metody mapování odpadkových skvrn v mořích a aktuální stav využití dálkového průzkumu Země v této problematice. Metodická část popisuje způsoby detekce odpadu pomocí družicových systémů Sentinel-2 a PlanetScope a na základě vlastních validačních dat hodnotí přesnost jednotlivých klasifikačních metod a porovnává jejich úspěšnost. Bylo provedeno celkem pět klasifikačních metod, přičemž nejpřesnějších výsledků dosáhly klasifikace pomocí všech dostupných spektrálních pásem dat PlanetScope (93,5 %) a pomocí indexu NDVI vytvořeného pomocí dat Sentinel-2 (91,3 %). Oproti tomu nejhorších výsledků dosáhla klasifikace na základě indexu NDVI vytvořeného pomocí dat PlanetScope (50 %) a to především kvůli spektrální anomálii, která ovlivnila výsledné hodnoty indexu. Z výsledků závěrečné práce je patrné, že využití multispektrálních dat s vysokým rozlišením přináší vysoký potenciál pro detekci a mapování mořského odpadu a jeho zdrojů. I přes nižší spektrální rozlišení dosahují klasifikace PlanetScope velice přesných, a proto slibných výsledků, čímž dokazují svou případnou využitelnost v této problematice.

Abstract:

The diploma thesis aims at the possibility of marine debris detection using multispectral satellite images with a high spatial resolution taken by sensors carried by PlanetScope and Sentinel-2 satellites. In the research part, the thesis is mainly focused on the distribution of marine debris in terms of its types and its impact on the environment. Various current methods of mapping marine debris patches in the seas and the current state of use of remote sensing in this issue are also presented here. The methodological part describes methods of waste detection using the Sentinel-2 and PlanetScope satellite systems and, based on our validation data, evaluates the accuracy of individual classification methods and compares their success. A total of five classification methods were performed, with the classification using all available spectral bands of PlanetScope data (93.5%) and the NDVI index created using Sentinel-2 data (91.3%) achieving the most accurate results. In contrast, the classification based on the NDVI index created using PlanetScope data (50%) achieved the worst results, mainly due to the spectral anomaly that affected the resulting index values. The results of the final thesis show that using high-resolution multispectral data brings a high potential for detecting and mapping marine debris and its sources. Despite the lower spectral resolution, the PlanetScope classifications achieve very accurate and therefore promising results, thus proving their eventual applicability in this issue.

Keywords

Dálkový průzkum Země, Sentinel-2, PlanetScope, plasty, čistota vody

Keywords

Remote sensing, Sentinel-2, PlanetScope, plastics, water purity

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 15. 5. 2023
• Supervisor: Ing. Tomáš Klouček, Ph.D.
• Reader: Ondřej Lagner, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Master programme:
Spatial Sciences in the Environment