undefined

Improved LSTM Model for Boreal Forest Height Mapping Using Sentinel-1 Time Series

Julkaisuvuosi

2022

Tekijät

Ge, Shaojia; Su, Weimin; Gu, Hong; Rauste, Yrjö; Praks, Jaan; Antropov, Oleg

Tiivistelmä

Time series of SAR imagery combined with reference ground data can be suitable for producing forest inventories. Copernicus Sentinel-1 imagery is particularly interesting for forest mapping because of its free availability to data users; however, temporal dependencies within SAR time series that can potentially improve mapping accuracy are rarely explored. In this study, we introduce a novel semi-supervised Long Short-Term Memory (LSTM) model, CrsHelix-LSTM, and demonstrate its utility for predicting forest tree height using time series of Sentinel-1 images. The model brings three important modifications to the conventional LSTM model. Firstly, it uses a Helix-Elapse (HE) projection to capture the relationship between forest temporal patterns and Sentinel-1 time series, when time intervals between datatakes are irregular. A skip-link based LSTM block is introduced and a novel backbone network, Helix-LSTM, is proposed to retrieve temporal features at different receptive scales. Finally, a novel semisupervised strategy, Cross-Pseudo Regression, is employed to achieve better model performance when reference training data are limited. CrsHelix-LSTM model is demonstrated over a representative boreal forest site located in Central Finland. A time series of 96 Sentinel-1 images are used in the study. The developed model is compared with basic LSTM model, attention-based bidirectional LSTM and several other established regression approaches used in forest variable mapping, demonstrating consistent improvement of forest height prediction accuracy. At best, the achieved accuracy of forest height mapping was 28.3% relative root mean squared error (rRMSE) for pixel-level predictions and 18.0% rRMSE on stand level. We expect that the developed model can also be used for modeling relationships between other forest variables and satellite image time series.
Näytä enemmän

Organisaatiot ja tekijät

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

Antropov Oleg Orcid -palvelun logo

Rauste Yrjö Orcid -palvelun logo

Aalto-yliopisto

Praks Jaan Orcid -palvelun logo

Julkaisutyyppi

Julkaisumuoto

Artikkeli

Emojulkaisun tyyppi

Lehti

Artikkelin tyyppi

Alkuperäisartikkeli

Yleisö

Tieteellinen

Vertaisarvioitu

Vertaisarvioitu

OKM:n julkaisutyyppiluokitus

A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Julkaisukanavan tiedot

Volyymi

14

Numero

21

Artikkelinumero

5560

Julkaisu­foorumi

71359

Julkaisufoorumitaso

1

Avoin saatavuus

Avoin saatavuus kustantajan palvelussa

Kyllä

Julkaisukanavan avoin saatavuus

Kokonaan avoin julkaisukanava

Kustantajan version lisenssi

CC BY

Rinnakkaistallennettu

Kyllä

Avoimen saatavuuden kirjoittajamaksu €

2232

Avoimen saatavuuden kirjoittajamaksun vuosi

2022

Muut tiedot

Tieteenalat

Sähkö-, automaatio- ja tietoliikennetekniikka, elektroniikka; Geotieteet

Avainsanat

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Kustantajan kansainvälisyys

Kansainvälinen

Kieli

englanti

Kansainvälinen yhteisjulkaisu

Kyllä

Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa

Ei

DOI

10.3390/rs14215560

Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen

Kyllä