INTEGRAÇÃO DA INCERTEZA NA AMOSTRAGEM E CLASSIFICAÇÃO RANDOM FOREST UTILIZANDO BANDAS E ÍNDICES ESPECTRAIS PARA O MAPEAMENTO DE INUNDAÇÃO

Integration of uncertainty in sampling and random forest classification using bands and spectral indices for flood mapping

Authors

  • Thiago BAZZAN Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) https://orcid.org/0000-0003-4026-5444
  • Camilo Daleles RENNÓ Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
  • Deborah Lopes Correia LIMA Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
  • Elisabete Weber RECKZIEGEL Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais

DOI:

https://doi.org/10.5016/geociencias.v41i04.16802

Abstract

Traditional classifications present limitations for mapping floods due to mixing the spectral response of water with adjacent non-aquatic targets or similar spectral response of non-aquatic targets with water. Furthermore, in general, these classifications are evaluated only in terms of overall accuracy without considering the uncertainties in the classification process. Thus, this study aimed to integrate uncertainty in the Random Forest (RF) classification process for flood mapping, which guided the sampling process. The classification used 21 variables including indices and spectral bands from the Operational Land Imager sensor of the Landsat-8 satellite. Sampling was performed initially with the selection of points from the visual interpretation of the satellite image and later by collecting samples with high Shannon entropy values in the uncertainty map. The variables with the greatest importance for classification were selected by the Recursive Feature Elimination (RFE) algorithm. The final RF classification using samples collected based on the uncertainty map and with the four selected variables by the RFE presented an accuracy of 98.0% and a reduction of uncertainty, which indicates a greater confidence in the spatial representation and quantification of water permanent and temporary surface associated with floods.

Keywords: Flood mapping. Random Forest Classifier. Spectral bands and indices. Variable selection. Shannon Entropy.

Author Biography

Thiago BAZZAN, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)

Doutorando em Sensoriamento Remoto pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), Mestre em Geografia pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), Bacharel em Geografia pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) e Técnico em Geomática pelo Colégio Politécnico da UFSM. Atua e tem experiência na área de Geomática: Sistemas de Informação Geográfica, Geoprocessamento, Sensoriamento Remoto, Processamento Digital de Imagens, Sistemas Globais de Navegação por Satélite, Topografia e Geodésia, Operação e Mapeamento com Drones. Tem interesse em pesquisas sobre Análise Ambiental, Riscos Hidrológicos (Inundações) e Riscos Geológicos (Movimentos de Massa). Atuou em empresas de engenharia na área de Topografia (Levantamento Cadastral Urbano, Levantamentos Planialtimétricos de Estradas e Obras de Macrodrenagem) e de Licenciamento e Gestão Ambiental de Obras Viárias (Rodovias). Profissional certificado pelo CREA e credenciado pelo INCRA para Georreferenciamento de Imóveis Rurais.

Published

2023-04-11

Issue

Section

Artigos