Optimum RADARSAT-1 configurations for wetlands discrimination: a case study of the Mer Bleue peat bog

Abstract

This study investigated the effect of the RADARSAT-1 incidence angle on the discrimination of the wetlands, including open bog, treed bog, and marsh, in the Mer Bleue bog conservation area in Ontario, Canada. The results demonstrated that RADARSAT-1 can penetrate tall herbaceous vegetation in marsh at all incidence angles and short shrub vegetation in open bog with standing water at low incidence angles only, which reveals that RADARSAT-1 backscatter double bounce from open wetlands (marsh and bog) with standing water is related to the vegetation types. The analysis of the RADARSAT-1 synthetic aperture radar (SAR) backscatter of wetland and non-wetland land cover types confirmed that the backscatter return of each land cover type decreases as the incidence angle increases. It was also found that the separations of marsh, treed bog, and open bog without standing water do not vary significantly with increasing incidence angles. However, the incidence angle does affect the discrimination of open bog with standing water. The results from separability measures of land cover classes demonstrate that the combination of a low incidence angle (<31°) RADARSAT-1 standard beam mode image with Landsat-7 data can provide good separation for all class pairs in the study area. The combination of RADARSAT-1 standard beam mode 1 (S1) and Landsat-7 images gave better classification results than the combination of RADARSAT-1 standard beam mode 5 (S5) and Landsat-7 images: the classification accuracies (kappa indices) of various wetlands increased in the range 0.02-0.13. For optimal spatial detail, fine beam mode data are desirable because of the higher spatial resolution (~9 m). However, in terms of the discrimination and classification accuracy of wetlands, fine beam mode data are not suggested because of the high incidence angle. Therefore, it is concluded that a lower incidence angle RADARSAT-1 image (e.g., S1) is the optimal beam mode when combining with Landsat images for the discrimination and classification of wetlands.

Ce travail est consacré à l’ étude de l’effet de l’angle d’incidence de RADARSAT-1 sur l’identification des habitats humides incluant tourbières et marais dans la zone de conservation de Mer Bleue en Ontario, Canada. Les résultats ont montré que RADARSAT-1 peut pénétrer les hautes herbes présentes dans les marais en présence d’eau sous tous les angles d’incidences néanmoins concernant les arbustes dans les tourbières ouvertes il ne peut les pénétrer que pour des faibles angles. Ceci démontre que la rétrodiffusion de RADARSAT-1 dans les zones humides ouvertes dépend du type de végétations présentes. L’analyse des données RADARSAT RSO (radar à synthèse d’ouverture) sur plusieurs types de couvertures de sol ont montré que le signal rétrodiffusé tend à décroitre lorsque l’angle d’incidence croit indépendamment du type de couvert. De plus, en absence d’eau en surface la discrimination des marais, tourbières ouvertes et tourbières arborées n’est pas affectée par l’angle d’incidence. Cet effet n’est pas vérifié pour les tourbières ouvertes ou il y’a présence d’eau. Les résultats de séparabilité des classes de couvertures du sol ont montré que la combinaison des données RADARSAT-1 prise avec un faible angle d’incidence (<31°) et des données Landsat-7 offre une bonne séparabilité de toutes les classes dans la zone d’étude. La combinaison des données RADARSAT-1 S1 (« standard beam mode 1 ») et Landsat-7 donnent des résultats meilleurs que ceux obtenus avec la combinaison de RADARSAT-1 S5 (« standard beam mode 5 ») et Landsat-7 (l’indice kappa a augmenté de 0,02 à 0,13 pour plusieurs zones humides). Pour une caractérisation spatiale plus détaillée les données en mode fin sont recommandées due à leur haute résolution spatiale (~9 m). Cependant, pour une bonne précision de la classification des zones humides, ce mode n’est pas conseillé à cause de son angle d’incidence trop élevé. En conclusion, les données RADARSAT-1 à faible angle d’incidence (S1) couplés aux données Landsat sont parfaitement adaptées pour l’identification et la classification des zones humides.