Use of artificial neural networks and geographic objects for classifying remote sensing imagery

Abstract

The aim of this study was to develop a methodology for mapping land use and land cover in the northern region of Minas Gerais state, where, in addition to agricultural land, the landscape is dominated by native cerrado, deciduous forests, and extensive areas of vereda. Using forest inventory data, as well as RapidEye, Landsat TM and MODIS imagery, three specific objectives were defined: 1) to test use of image segmentation techniques for an object-based classification encompassing spectral, spatial and temporal information, 2) to test use of high spatial resolution RapidEye imagery combined with Landsat TM time series imagery for capturing the effects of seasonality, and 3) to classify data using Artificial Neural Networks. Using MODIS time series and forest inventory data, time signatures were extracted from the dominant vegetation formations, enabling selection of the best periods of the year to be represented in the classification process. Objects created with the segmentation of RapidEye images, along with the Landsat TM time series images, were classified by ten different Multilayer Perceptron network architectures. Results showed that the methodology in question meets both the purposes of this study and the characteristics of the local plant life. With excellent accuracy values for native classes, the study showed the importance of a well-structured database for classification and the importance of suitable image segmentation to meet specific purposes.

Conduziu-se este trabalho, com o objetivo de se alcançar o desenvolvimento de uma metodologia para a criação de um mapa de uso e cobertura do solo na região norte do estado de MG, onde, além de atividades agropecuárias, predominam vegetações nativas de cerrado, florestas estacionais deciduais e extensas áreas de vereda. Utilizando parcelas inventariadas e imagens dos sensores Rapideye, Landsat TM e MODIS, foram traçados três objetivos específicos: testar o uso de técnicas de segmentação de imagens para uma classificação baseada em objetos contemplando informações espectrais, espaciais e temporais; Testar o uso de imagens de alta resolução espacial (Rapideye) combinadas a séries temporais Landsat-TM, visando a captar os efeitos da sazonalidade, e a classificação dos dados por meio de Redes Neurais Artificiais. Por meio da série temporal de imagens MODIS e parcelas inventariadas, foram extraídas as assinaturas temporais das principais fisionomias presentes na região, observando-se, assim, os melhores períodos do ano a serem representados no processo de classificação. Os objetos criados na segmentação das imagens Rapideye, juntamente com a série temporal Landsat TM, foram classificados por dez diferentes arquiteturas de redes MultiLayerParceptron. Os resultados mostraram que metodologia atende aos propósitos do estudo e as características das fisionomias presentes na região. Com excelentes valores de acurácia para as classes nativas, o estudo mostra a importância da adequação da base de dados em trabalhos de classificação e da importância de uma segmentação que atenda aos propósitos do trabalho.