A New Application of Random Forest Algorithm to Estimate Coverage of Moss-Dominated Biological Soil Crusts in Semi-Arid Mu Us Sandy Land, China

多光谱图像 苔藓 遥感 干旱 环境科学 高光谱成像 多光谱模式识别 荒漠化 随机森林 土壤科学 地质学 计算机科学 生态学 生物 机器学习 古生物学
作者
Xiang Chen,Tao Wang,Shulin Liu,Fei Peng,Atsushi Tsunekawa,Wenping Kang,Zichen Guo,Kun Feng
出处
期刊:Remote Sensing [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:11 (11): 1286-1286 被引量:16
标识
DOI:10.3390/rs11111286
摘要

Biological soil crusts (BSCs) play an essential role in desert ecosystems. Knowledge of the distribution and disappearance of BSCs is vital for the management of ecosystems and for desertification researches. However, the major remote sensing approaches used to extract BSCs are multispectral indices, which lack accuracy, and hyperspectral indices, which have lower data availability and require a higher computational effort. This study employs random forest (RF) models to optimize the extraction of BSCs using band combinations similar to the two multispectral BSC indices (Crust Index-CI; Biological Soil Crust Index-BSCI), but covering all possible band combinations. Simulated multispectral datasets resampled from in-situ hyperspectral data were used to extract BSC information. Multispectral datasets (Landsat-8 and Sentinel-2 datasets) were then used to detect BSC coverage in Mu Us Sandy Land, located in northern China, where BSCs dominated by moss are widely distributed. The results show that (i) the spectral curves of moss-dominated BSCs are different from those of other typical land surfaces, (ii) the BSC coverage can be predicted using the simulated multispectral data (mean square error (MSE) < 0.01), (iii) Sentinel-2 satellite datasets with CI-based band combinations provided a reliable RF model for detecting moss-dominated BSCs (10-fold validation, R2 = 0.947; ground validation, R2 = 0.906). In conclusion, application of the RF algorithm to the Sentinel-2 dataset can precisely and effectively map BSCs dominated by moss. This new application can be used as a theoretical basis for detecting BSCs in other arid and semi-arid lands within desert ecosystems.

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