Porovnání vybraných vegetačních indexů odvozených z dat Copernicus a Landsat na příkladu hodnocení stavu lesa v CHKO Slavkovský les

Bc. Michal Tichý

Master's thesis

Comparison of selected vegetation indices derived from Copernicus and Landsat data on the example of the assessment of the forest status in the PLA Slavkovský les

Anotácia:

Diplomová práce se zabývá zpracováním dat získaných dálkovým průzkumem Země určených k hodnocení zdravotního stavu vegetace a ověřením existence závislostí mezi dvěma na sobě nezávislými datovými zdroji za účelem posouzení jejich vzájemné zaměnitelnosti. Zpracovávaná data jsou volně poskytována Evropskou vesmírnou agenturou (ESA) v rámci programu Copernicus a Národním úřadem pro letectví a vesmír (NASA) v rámci programu Landsat. Data jsou vztažena pro zájmové území Chráněná krajinná oblast Slavkovský les a byla nasnímána družicemi Sentinel–2, Sentinel–3 a Landsat 9. V práci porovnávám jednotlivé datové zdroje mezi sebou prostřednictvím experimentálních výpočtů vegetačních indexů, veškeré operace s daty byly provedeny v programech SNAP, ArcGIS a R-Commander. Při posuzování podobnosti dat obou programů vždy záleželo na konkrétním indexu, například u porovnávaných indexů NDVI a WSVI je podobnost patrná pouze v rozložení dat, ovšem u indexů NDMI a MSI je podobnost zřejmá jak z rozložení dat, tak i z umístění ukazatelů hodnot popisné statistiky. Porovnáním statistických vlastností souborů dat a grafického znázornění rozložení jejich hodnot byly mezi daty zjištěny rozdílnosti a nebyla prokázána jejich přímá zaměnitelnost, což potvrdila i provedená regresní analýza a párový t-test. Z výsledků porovnávaných vegetačních indexů NDVI, NDMI a MSI nicméně určitá podobnost mezi daty pořízenými družicemi Sentinel-2 a Landsat 9, i když nepřímá, byla zjištěna. Tím bylo prokázáno, že výstupy obou programů jsou při korekci jejich rozdílností zaměnitelné a vzájemně se mohou doplňovat. Právě zvýšení četnosti pořizování družicových snímků a jejich vyhodnocování by mohlo zefektivnit proces včasné identifikace působení stresových faktorů nejen na lesní společenstva. Toho lze dosáhnout využíváním více družicových systémů podobného zaměření, samozřejmě až po překlenutí jejich rozdílností.

Abstract:

The thesis deals with the processing of remotely sensed data for vegetation health assessment and with the verification of the existence of dependencies between two independent data sources in order to assess their interchangeability. The processed data are freely provided by the European Space Agency (ESA) under the Copernicus programme and by the National Aeronautics and Space Administration (NASA) under the Landsat programme. The data are referenced for the area of interest, the Slavkovský les Protected Landscape Area, and were imaged by Sentinel-2, Sentinel-3 and Landsat 9 satellites. In this paper I compare the different data sources with each other through experimental calculations of vegetation indices. All data operations were performed in SNAP, ArcGIS and R-Commander. In assessing the similarity of the data between the two programs the specific index always mattered; for example, for the NDVI and WSVI indices being compared the similarity is only evident in the distribution of the data, but for the NDMI and MSI indices the similarity is evident both in the distribution of the data and in the location of the descriptive statistics value indices. Comparison of the statistical properties of the datasets and the graphical representation of the distribution of their values revealed differences between the data and did not show direct confounding, what was confirmed also by the regression analysis and paired t-test. However, from the results of the compared vegetation indices NDVI, NDMI and MSI, some similarity between the data acquired by Sentinel-2 and Landsat 9 satellites, albeit indirect, was found. This demonstrated that the outputs of the two programmes are interchangeable and can complement each other, when their differences are corrected. Increasing the frequency of satellite imagery acquisition and its evaluation could streamline the process of early identification of stressors not only on forest communities. This can be achieved by using multiple satellite systems of similar focus, of course after bridging their differences.

Kľúčové slová

Copernicus, Landsat, dálkový průzkum země, spektrální chování objektů, vegetační indexy

Keywords

Landsat, remote sensing, spectral behaviour of objects, vegetation indices, Copernicus

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 27. 3. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 15. 5. 2023
• Vedúci: Ing. Jan Komárek, Ph.D.
• Oponent: Tomáš Klouček, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Master programme:
Regional Environmental Administration