Assessment and inventory of forest parameters using medium-high resolution satellite data

Τα μεσογειακά δάση χαρακτηρίζονται από υψηλή χωροχρονική ετερογένεια και αποτελούν ένα από σημαντικότερα σημεία της βιοποικιλότητας στον πλανήτη. Η σημαντική αξία τους και το ευρύ φάσμα των οικοσυστημικών υπηρεσιών που παρέχουν, αναγνωρίζεται ευρέως από επιστήμονες, διεθνείς συμβάσεις και οργανισμούς. Ωστόσο, η ευπάθεια τους σε ανθρώπινες και φυσικές απειλές έχει ως αποτέλεσμα την διατάραξη τους. Συνεπώς, σχέδια βιώσιμης διαχείρισης και αειφορικής ανάπτυξης καθίστανται ως επιτακτική ανάγκη. Οι πρακτικές παρακολούθησης και απογραφής δασών απαιτούν την αξιόπιστη εκτίμηση δασικών παραμέτρων, όπως η κυκλική επιφάνεια, ο αριθμός δέντρων ανά μονάδα επιφάνειας και ξυλώδες όγκου. Η ετερογένεια των μεσογειακών δασών και η δύσκολη πρόσβασής τους, καθιστά την επιστήμη της τηλεπισκόπησης ως εξαιρετικά χρήσιμο μέσο για την αξιολόγηση των δασικών πόρων. Η τεχνολογία της τηλεπισκόπησης και τα ανοιχτά δεδομένα τηλεπισκόπησης παρέχουν μεγάλες δυνατότητες στον τομέα της δασολογίας και στην δασική απογραφή. Επιπλέον, η ταχεία πρόοδος στους αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης διευκολύνει την ανάλυση ευρέος φάσματος δεδομένων. Σε αυτό το πλαίσιο, ο συνδυασμός αυτών των ισχυρών εργαλείων (δεδομένα τηλεπισκόπησης και προσεγγίσεις μηχανικής μάθησης) συνιστά μια πολλά υποσχόμενη, αλλά και ερευνητική πρόκληση, για την εκτίμηση δασικών παραμέτρων. Στη παρούσα διατριβή, εξετάζονται διάφορες προσεγγίσεις για την βελτιστοποίηση της εκτίμησης δασικών παραμέτρων με την χρήση δορυφορικών εικόνων και τεχνικών μηχανικής μάθησης.Η δομή της παρούσας διατριβής αποτελείται από τρία μέρη. Το πρώτο μέρος αποτελείται από τέσσερα κεφάλαια. Αρχικά, στο Κεφάλαιο 1, γίνεται μια εισαγωγή στην αξία των μεσογειακών δασών, στις υπηρεσίες που παρέχουν και στις απειλές που αντιμετωπίζουν. Το Κεφάλαιο 2 τονίζει την ανάγκη αειφορικής διαχείρισης των δασών και κατ 'επέκταση της απογραφής και αξιόπιστης εκτίμησης δασικών παραμέτρων. Στο Κεφάλαιο 3, παρουσιάζονται εν συντομία πηγές δεδομένων τηλεπισκόπησης και η συμβολή τους σε δασικές εφαρμογές και ιδιαίτερα στην εκτίμηση δασικών παραμέτρων, σε περιοχές της Μεσογείου. Το κεφάλαιο 4, αποτελεί μια εισαγωγή στους αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης και μηχανικής μάθησης και πώς αυτές οι προσεγγίσεις εφαρμόζονται στον τομέα της τηλεπισκόπησης και της δασολογίας. Τέλος παρουσιάζονται τα ερευνητικά ερωτήματα και τα αντικείμενα της παρούσας διατριβής. Το δεύτερο μέρος αποτελείται από τέσσερα άρθρα, εκ των οποίων, το πρώτο (Κεφάλαιο 7) έχει δημοσιευτεί στο περιοδικό Remote Sensing of Environment (2017) και αφορά την εκτίμηση δασικών παραμέτρων χρησιμοποιώντας δια-εποχιακές εικόνες Landsat 8 Operational Land Imager. Το δεύτερο άρθρο (Κεφάλαιο 8) έχει δημοσιευτεί στο Remote Sensing Letters (2017) και αφορά τις σχέσεις μεταξύ ξυλώδες όγκου και εικόνων Sentinel-2 Multi Spectral Instrument. Το τρίτο άρθρο (Κεφάλαιο 9) έχει δημοσιευτεί στο περιοδικό International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation (2019) και αφορά την αξιολόγηση των δορυφορικών δεδομένων Sentinel-2 Multi Spectral Instrument για την εκτίμηση του ξυλώδες όγκου. Το τελευταίο άρθρο (Κεφάλαιο 10) που προορίζεται προς δημοσίευση, αποτελεί μια προκαταρκτική μελέτη για την εκτίμηση του ξυλώδες όγκου σε ένα μεσογειακό δασικό οικοσύστημα, με μία μετά-μαθησιακή προσέγγιση και την ανάπτυξη ενός μοντέλου συσσωρευμένης γενίκευσης (stacked generalization). Τέλος, στο τρίτο μέρος της παρούσας διατριβής παρουσιάζονται συνοπτικά οι απαντήσεις των ερωτημάτων που τέθηκαν στην παρούσα διατριβή και τα προβλήματα - περιορισμοί που αντιμετωπίστηκαν. Επίσης, προτείνονται δυνατότητες και προοπτικές εξέλιξης της παρούσας έρευνας, που θα μπορούσε να αποτελέσουν αντικείμενο για μελλοντική έρευνα.