SAR analysis of wetland ecosystems: Effects of band frequency, polarization mode and acquisition dates

Autor: Sébastien Rapinel, Elodie Fabre, Julien Denize, Julie Betbeder, Eric Pottier, Laurence Hubert-Moy
Přispěvatelé: Littoral, Environnement, Télédétection, Géomatique UMR 6554 (LETG), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université d'Angers (UA)-Université de Nantes (UN)-École pratique des hautes études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Brest (UBO)-Université de Rennes 2 (UR2), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d'Électronique et des Technologies du numéRique (IETR), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CentraleSupélec-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Nantes (UN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université d'Angers (UA)-École pratique des hautes études (EPHE), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Géographie et d'Aménagement Régional de l'Université de Nantes (IGARUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Nantes Université (NU), Ministère de l'Education Nationale, de l'Enseignement Superieur et de la Recherche, Centre National d’Etudes Spatiales, Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CentraleSupélec-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Université de Rennes (UNIV-RENNES), Littoral, Environnement, Télédétection, Géomatique (LETG - Rennes), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université d'Angers (UA)-École Pratique des Hautes Études (EPHE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Brest (UBO)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Géographie et d'Aménagement Régional de l'Université de Nantes (IGARUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Université de Caen Normandie (UNICAEN), Université de Nantes (UN)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes (UN)-Université de Rennes 1 (UR1), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Synthetic aperture radar
Marsh
010504 meteorology & atmospheric sciences
Radar à synthèse d'ouverture
0211 other engineering and technologies
Polarimetry
Wetland
02 engineering and technology
Conservation
RADARSAT-2
terre humide
01 natural sciences
conservation des forêts
conservation des terres
Wetland conservation
Ecosystem
Computers in Earth Sciences
Engineering (miscellaneous)
Polarisation
021101 geological & geomatics engineering
0105 earth and related environmental sciences
Remote sensing
geography
geography.geographical_feature_category
ANOVA
Vegetation
Préservation de l'écosystème
[SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering
[SHS.GEO]Humanities and Social Sciences/Geography
15. Life on land
Polarization (waves)
[SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society
Atomic and Molecular Physics
and Optics
Computer Science Applications
Random forest
Écosystème forestier
Environmental science
P01 - Conservation de la nature et ressources foncières
U30 - Méthodes de recherche
[SDE.BE]Environmental Sciences/Biodiversity and Ecology
TerraSAR-X
Zdroj: ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing
ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Elsevier, 2020, 170, pp.103-113. ⟨10.1016/j.isprsjprs.2020.10.007⟩
ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2020, 170, pp.103-113. ⟨10.1016/j.isprsjprs.2020.10.007⟩
ISSN: 0924-2716
Popis: International audience; The availability of high spatial resolution synthetic aperture radar (SAR) sensors with a wide range of acquisition modes has increased greatly over the past decade and contributed significantly to the study of wetland ecosystems. However, the relative influence of acquisition configurations (i.e. band frequency, polarization mode, number of acquisition dates) in wetland analysis remains poorly explored. This article investigated the relative influence of X-/C-band frequency, dual-/quad-polarization and single-/multi-acquisition features on discrimination of vegetation types in 632 ha Ramsar-protected temperate riverine marshes (Mont-Saint-Michel Bay, France). Three SAR datasets (i.e. quad-pol/C-band, dual-pol/C-band and dual-pol/X-band) were generated from five pairs of TerraSAR-X and RADARSAT-2 images. First, a set of 25 SAR features, including backscattering coefficients and polarimetric parameters, was extracted from the SAR datasets. Second, correlation between each pair of images was calculated using the polarimetric parameter Shannon entropy to select the most similar pairs in the time series. Third, the importance of each SAR feature and modeling accuracy were calculated using a conditional random forest model for each of the three datasets. Finally, analysis of variance was performed to assess the impact of band frequency, polarization mode and number of acquisition dates on the classification of vegetation types. The results highlighted that although the time-shift of each pair of TerraSAR-X and RADARSAT-2 images was short (3-11 days), only three pairs were sufficiently similar, highlighting the high variability in wetland ecosystems. The polarimetric parameter Shannon entropy was the most discriminating feature, regardless of the frequency or polarization. Most variance in the model accuracy was explained by the number of acquisition dates (68%), followed by the frequency (23%), while polarization explained little. This article will help select the most suitable SAR sensor acquisition modes for wetland conservation.
Databáze: OpenAIRE
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