Retrieving boreal forest structure from remote sensing data using reflectance modelling and machine learning

Julkaisun otsikon käännös: Boreaalisen metsän rakenteen arviointi kaukokartoitusaineistosta käyttäen heijastusmallinnusta ja koneoppimista

Eelis Halme

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Boreaalisilla metsillä, joihin ilmastonmuutos vaikuttaa yhä enenevässä määrin, on merkittävää ekologista arvoa ja ne ovat keskeisiä maailmanlaajuisessa hiilen kiertokulussa. Siksi näiden metsien tehokas seuranta on erittäin tärkeää. Tämän väitöskirjan tavoitteena on kehittää menetelmiä Pohjois-Euroopan boreaalisten metsien seurantaan keskittyen ensisijaisesti Suomen metsiin. Väitöskirjassa kehitetään uusi hybridimenetelmä, joka yhdistää metsän heijastusmallin ja koneoppimisalgoritmin metsämuuttujien arvioimiseksi passiivisesta optisesta kaukokartoitusaineistosta. Aluksi arvioitiin koneoppimisalgoritmien soveltuvuutta metsämuuttujien ennustamiseen Suomen metsissä ja määritettiin tarkkojen ennusteiden edellyttämä kaukokartoitusaineiston spektrinen resoluutio. Seuraavaksi metsän heijastusmallin mallinnustarkkuutta parannettiin määritetylle spektriselle resoluutiolle. Lopuksi kehitettiin uusi hybridimenetelmä, jossa metsän heijastusmalli yhdistettiin koneoppimisalgoritmin kanssa. Lisäksi erittäin korkean resoluution kuvia hyödynnettiin parantamaan hybridimenetelmän vakautta sekä tarkkuutta. Tämä väitöskirja edistää usealla tapaa boreaalisten metsien seurantamenetelmien kehittämistä. Ensinnäkin se osoittaa, että hyperspektrikuvantamisen lisäarvo liittyy ensisijaisesti metsämuuttujiin, jotka sisältävät lajikohtaista tietoa, kun taas perinteinen avaruuspohjainen monispektrinen kaukokartoitusaineisto riittää metsän rakennemuuttujien tarkkaan ennustamiseen. Toiseksi metsän tilajärjestys sekä oksien ja lehtien pinta-alan suhde havaittiin merkittävästi vaikuttavan heijastusmallinnuksen tarkkuuteen. Kolmanneksi tulokset osoittavat, että hybridimenetelmät ovat erittäin lupaavia metsän rakenteen arvioinnissa. Lupaavista tuloksista huolimatta haasteita on edelleen. Väitöskirjassa kehitetyn hybridimenetelmän suurin haaste oli harjoitus- ja testiaineistojen välinen eroavuus, mikä korosti spektrisen ja rakenteellisen edustavuuden tärkeyttä koneoppimiseen perustuvissa sovelluksissa. Väitöskirja esittää olennaisia havaintoja boreaalisten metsien seurantamenetelmien kehittämiseen, mutta se tuo esiin myös useita haasteita ja rajoituksia, jotka on ratkaistava. Näiden haasteiden ratkaiseminen vaatii lisäselvityksiä, mikä korostaa tarvetta uudelle tutkimukselle. Kaiken kaikkiaan tämä väitöskirja tarjoaa vankan perustan metsän heijastusmalleja käyttävien hybridimenetelmien kehittämiselle.
Julkaisun otsikon käännösBoreaalisen metsän rakenteen arviointi kaukokartoitusaineistosta käyttäen heijastusmallinnusta ja koneoppimista
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Rautiainen, Miina, Vastuuprofessori
  • Mõttus, Matti, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-2534-4
Sähköinen ISBN978-952-64-2533-7
TilaJulkaistu - 2025
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • kaukokartoitus
  • Sentinel-2
  • hyperspektrikuvantaminen
  • boreaalinen metsä
  • heijastusmallinnus
  • koneoppiminen
  • hybridi-inversio

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Boreaalisen metsän rakenteen arviointi kaukokartoitusaineistosta käyttäen heijastusmallinnusta ja koneoppimista'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä