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 enemmänOrganisaatiot ja tekijät
Julkaisutyyppi
Julkaisumuoto
Artikkeli
Emojulkaisun tyyppi
Lehti
Artikkelin tyyppi
Alkuperäisartikkeli
Yleisö
TieteellinenVertaisarvioitu
VertaisarvioituOKM:n julkaisutyyppiluokitus
A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessäJulkaisukanavan tiedot
Lehti
Volyymi
14
Numero
21
Artikkelinumero
5560
ISSN
Julkaisufoorumi
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