Object-based classification of Worldview-2 imagery for mapping invasive common reed, Phragmites australis

Abstract

Wetlands provide many environmental and societal benefits. Unfortunately, the importance of wetlands has only recently been acknowledged after centuries of drainage and conversion to other land uses. An emerging threat to North American wetlands is the introduction of invasive plant species such as Phragmites australis, a reed introduced from Europe. Previous high spatial resolution satellite imagery used for mapping Phragmites was limited spectrally to four bands (blue, green, red, and near-infrared). A recently launched satellite, Worldview-2, has four additional spectral bands that may allow for more accurate mapping of Phragmites. In this study, a single-date Worldview-2 image was used to map wetland vegetation at Walpole Island, Canada. Object-based and per-pixel maximum likelihood classifications were performed on a four-band subset simulating traditional multispectral imagery and the full eight-band set of Worldview-2. The overall classification accuracy of 94.0% achieved for the eight-band object-based method was the highest of the four classifications methods used. The accuracy achieved by the eight-band object-based classification shows that single-date Worldview-2 image is promising for distinguishing Phragmites from native wetland plant species late in the growing season in coastal Great Lakes wetlands.

Les terres humides offrent de nombreux bénéfices sociaux et environnementaux. Malheureusement, leur importance n'a été reconnue que récemment, après des siècles de drainage et de conversion à d'autres types d'utilisations des sols. Une menace émergeante envers les terres humides de l'Amérique du nord est l'introduction des plantes invasives, telles que le roseau commun (Phragmites australis), une espèce provenant de l'Europe. Les images satellitaires à haute résolution utilisées jusqu'ici pour la cartographie du roseau étaient limitées à seulement quatre bandes spectrales (bleu, vert, rouge et proche infrarouge). Le satellite Worldview-2, récemment mise en orbite, a quant à lui quatre bandes spectrales additionnelles, ce qui permet de cartographier le roseau avec une meilleure précision. Dans la présente étude, une image provenant de Worldview-2 a été utilisée afin de cartographier la végétation des terres humides sur l’île Walpole au Canada. Une classification par approche orientée-objet ainsi qu'une classification par maximum de vraisemblance à base de pixels ont été utilisées successivement sur un sous-ensemble de 4 bandes spectrales – lequel simule l'approche traditionnelle d'imagerie multispectrale – et sur l'ensemble complet des 8 bandes spectrales qu'offre Worldview-2. La meilleure de ces quatre classifications est celle employant l'approche orientée-objet et les huit bandes spectrales, avec une précision de 94.0 pour cent. La précision obtenue par cette méthode montre que l'utilisation d'une seule image provenant de Worldview-2 est une avenue prometteuse pour distinguer le roseau des plantes indigènes en fin de saison de croissance dans les terres humides côtières des Grands-Lacs.

Acknowledgements

This research is financially supported by an NSERC Discovery Grant awarded to Dr. Wang. The researchers would like to thank Francisco Flores de Santiago, Monserrat Santiago Gonzalez, Chuiqing Zeng, and Autumn Gambles for help with field work; Qin Ma and Ting Zhao for help with the accuracy assessment; and Karen Van Kerkoerle for producing the study area map. We would like to thank Clint Jacobs, Mike Blackbird, and Carl Smith from Walpole Island First Nation for providing arrangements and guide services for field work. We would also like to thank the anonymous reviewers who provided valuable comments for improving this manuscript.