Evaluation of machine learning methods and multi-source remote sensing data combinations to construct forest above-ground biomass models

随机森林 均方误差 遥感 支持向量机 生物量(生态学) 环境科学 数学 计算机科学 统计 机器学习 地理 生态学 生物
作者
Xingguang Yan,Jing Li,Andrew R. Smith,Di Yang,Tianyue Ma,Yiting Su,Jiahao Shao
出处
期刊:International Journal of Digital Earth [Taylor & Francis]
卷期号:16 (2): 4471-4491 被引量:6
标识
DOI:10.1080/17538947.2023.2270459
摘要

Rapid and accurate estimation of forest biomass are essential to drive sustainable management of forests. Field-based measurements of forest above-ground biomass (AGB) can be costly and difficult to conduct. Multi-source remote sensing data offers the potential to improve the accuracy of modelled AGB predictions. Here, four machine learning methods: Random Forest (RF), Gradient Boosting Decision Tree (GBDT), Classification and Regression Trees (CART), and Minimum Distance (MD) were used to construct forest AGB models of Taiyue Mountain forest, Shanxi Province, China using single and multi-sourced remote sensing data and the Google Earth Engine platform. Results showed that the machine learning method that most accurately predicted AGB were GBDT and spectral index for coniferous (R2 = 0.99; RMSE = 65.52 Mg/ha), broadleaved (R2 = 0.97; RMSE = 29.14 Mg/ha), and mixed-species (R2 = 0.97; RMSE = 81.12 Mg/ha) forest types. Models constructed using bivariate variable combinations that included the spectral index improved the AGB estimation accuracy of mixed-species (R2 = 0.99; RMSE = 59.52 Mg/ha) forest types and reduced slightly the accuracy of coniferous (R2 = 0.99; RMSE = 101.46 Mg/ha) and broadleaved (R2 = 0.97; RMSE = 37.59 Mg/ha) forest AGB estimation. Overall, parameterizing machine learning algorithms with multi-source remote sensing variables can improve the prediction accuracy of mixed-species forests.

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