Time series analysis of sentinel 2A/B multispectral imagery over selected land cover land use (LULC) types

Abstract

Arazi kullanımı ve arazi örtüsü (LULC), antropojenik, doğal ve ağırlıklı olarak mevsimsel faktörlere bağlı olarak zamanla değişmektedir. Bu arazi örtüsü ve kullanımı değişimleri, özellikle kalıcı tipte olanlar, tarımsal üretim ve iklim değişikliği dahil olmak üzere birçok doğal süreci etkiler. Bu nedenle, doğal çevre ve insan yaşamı için bu değişiklikleri ve ilgili sonuçları sistematik ve doğru bir şekilde izlemek çok önemlidir. Uzaktan algılama, bu görevleri etkili bir şekilde gerçekleştirmek için araçlar sağlar. Bu çalışma seçilen LULC tiplerinin Normalize Edilmiş Fark Bitki Örtüsü İndeksi (NDVI) değerlerinin zamansal değişimlerini tanımlamayı amaçlamaktadır.Seçilen LULC tipleri, doğal renkli uydu görüntülerinden manuel olarak seçilen hat ve test alanları ile temsil edilmiştir. Bu LULC sınıflarından bazıları zaman içinde değişmemektedir, örneğin; büyük yapıların çatıları gibi. Dolayısıyla, bu sınıflar için spektral indeksin zaman serileri önemli ölçüde değişmemektedir. Potansiyel olarak gözlenen değişikliklere muhtemelen uydu verilerinin kalibrasyonundaki hatalar ve meteorolojik koşullardaki değişiklikler (atmosferin yarı saydamlığı) neden olabilir. `Kararlı` LULC sınıflarının NDVI ya da herhangi bir spektral indeksindeki değişim seviyesi, diğer LULC sınıflarının sınıflandırılma doğruluğu hakkında bilgi sağlayabilir. İlgi Alanı (AOI) olarak Bursa-Gemlik bölgesi seçilmiş ve Sentinel 2 uydu görüntüleri ile analiz edilmiştir. Bu çalışmada, yaklaşık olarak aylık olarak, 2017 yılında çekilen 13 resim dizisi kullanılmıştır. Her sınıf için NDVI değerindeki değişiklikler, iklim, meteorolojik veriler ve bölgedeki tarımsal üretim gibi yardımcı bilgilerle yorumlanmıştır. Yollar, binalar, sanayi bölgesi, tarım alanı, orman ve su kütlesi olmak üzere altı farklı LULC sınıfı incelenmiştir. Seçilen LULC tiplerinin araştırılmış örnekleri için NDVI değişimlerinin büyüklüğünde önemli farklılıklar olduğu tespit edilmiştir.

Land use and land cover (LULC) varies over time depending on anthropogenic, natural and predominantly seasonal factors. These LULC changes, especially those of permanent type, impact many various natural processes, including agricultural production, and climate change. Therefore, it is very important to systematically and accurately monitor these changes and associated consequences for the natural environment and human existence. Remote sensing provide means to perform these tasks in an effective fashion. This study aims at identifying temporal variations of the Normalised Difference Vegetation Index (NDVI) of selected LULC types. The selected LULC types are represented by test regions and lines manually extracted from natural colour satellite images. Some of these LULC classes are not changing over time, e.g. roofs of large structures. Hence, time series of spectral index for these classes should not vary significantly. Potentially observed variations are probably caused by inaccuracies in the calibration of the satellite data and variations in meteorological conditions (translucency of the atmosphere). The level of variations of the NDVI or any other spectral index of `stable` LULC classes could provide information about the accuracy of classification of other LULC classes. As an Area of Interest (AOI) Bursa-Gemlik region, Turkey has been chosen and analyzed with Sentinel 2 satellite imagery. An approximately monthly sequence of 13 images captured in during 2017 have been used in this study. The changes in NDVI values for each class were interpreted, with auxiliary information such as climate, meteorological data, agricultural production in the region. Six different LULC classes have been investigated including roads, buildings, industrial area, agricultural area, forest and water body. It was found that indeed there are significant differences in the magnitude of variations of the NDVI for investigated sample of selected LULC types.