Effects of band combinations and GIS masking on fire-scar mapping at local scales in east-central Florida, USA

Abstract

The fire-adapted vegetation in east-central Florida provides habitat for many threatened and endangered species, such as the Florida scrub-jay (Aphelocoma coerulescens). Accurate fire occurrence records are critically important for better understanding the relationship between fire and vegetation structure. The rapid growth rates of fire-adapted vegetation in east-central Florida make it difficult to capture detailed fire scars with remote sensing data acquired weeks after the fires. The objective of this study is to develop a reliable remote sensing approach for accurately mapping burned areas in Florida scrub vegetation at the National Aeronautics and Space Administration (NASA) John F. Kennedy Space Center (KSC) and Merritt Island National Wildlife Refuge (MINWR). Landsat thematic mapper (TM) data acquired on 21 April 1987 were used for classification experiments. Geographic information system (GIS) data layers of fire management units (FMUs) with known fire occurrence (presence or absence) were used to mask the original remote sensing data or thematic maps following classification. A separation index (SI) was used to evaluate each individual band for its power to discriminate unburned and burned areas. Twelve classifications with selected band groups derived from Landsat TM data with different geographic extents were compared using an error matrix method. The classification of the four most suitable bands derived for the entire KSC-MINWR area resulted in the highest accuracy. The final map product was generated by overlaying the classified map with the FMU data layer and masking out FMUs that did not burn. This paper addresses a number of issues relevant to the classification of burned areas and includes the effect of geographic extent (GE effect) of remote sensing data on classification, determining the best bands for classification, and cleaning classification results using GIS masking. It also serves as the first published effort to map fire scars in the Florida scrub and flatwoods vegetative communities of the southeastern US using image processing techniques.

La végétation adaptée aux incendies du centre-est de la Floride constitue un habitat pour plusieurs espèces menacées et en voie de disparition comme le geai à gorge blanche (Aphelocoma coerulescens). Des relevés précis d'occurrence d'incendies sont d'une importance capitale pour une meilleure connaissance de la relation entre les incendies et la structure de la végétation. Les taux de croissance rapides de la végétation adaptée aux incendies dans le centre-est de la Floride rendent difficile la détection précise des cicatrices d'incendie à l'aide de données de télédétection acquises plusieurs semaines après les incendies. L'objectif de cette étude est de développer une approche fiable basée sur la télédétection pour la cartographie précise des zones brûlées dans la végétation arbustive de Floride, dans la région du Centre spatial John F. Kennedy (KSC) de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) et de la réserve faunique de Merritt Island National Wildlife Refuge (MINWR). Les données TM de Landsat, acquises le 21 avril 1987, ont été utilisées pour des expériences de classification. Les couches de données du système d'information géographique (SIG) des unités de gestion d'incendies (FMU) avec des éclosions documentées d'incendie (présence ou absence) ont été utilisées pour masquer les données originales de télédétection ou les cartes thématiques résultant de la classification. Un indice de séparation (IS) a été utilisé pour évaluer chaque bande individuelle pour sa capacité à discriminer les zones non brûlées des zones brûlées. Douze classifications utilisant des groupes de bandes spécifiques dérivés des données TM de Landsat représentant des étendues géographiques différentes ont été comparées à l'aide d'une matrice d'erreurs. La classification des quatre bandes les plus appropriées dérivées pour la zone entière de KSC-MINWR a donné la meilleure précision. Le produit cartographique final a été généré en superposant la carte classifiée et la couche de données des FMU et en masquant les FMU qui n'ont pas connu d'éclosion d'incendie. Cet article s'intéresse à plusieurs sujets reliés à la classification des zones brûlées incluant : l'effet de l'étendue géographique (effet EG) des données de télédétection sur la classification, la détermination des meilleures bandes pour la classification et l'épuration des résultats de classification à l'aide d'un masquage dans un SIG. Cet article constitue également le premier effort publié sur la cartographie des cicatrices d'incendie dans les communautés de végétation arbustive et de bas-fonds de Floride, dans le sud-est des Etats-Unis, basé sur l'utilisation des techniques de traitement d'images.