Comparative study of hard and fuzzy logic classifiers with qualitative and quantitative criteria for the discrimination of biophysical characteristics using satellite images

see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

PhD thesis (EN)

2008 (EN)
Ποιοτική και ποσοτική σύγκριση ανελαστικών-ασαφούς λογικής αλγόριθμων ταξινόμησης για τη διάκριση βιοφυσικών στοιχείων με τη χρήση δορυφορικών εικόνων
Comparative study of hard and fuzzy logic classifiers with qualitative and quantitative criteria for the discrimination of biophysical characteristics using satellite images

Τοπάλογλου, Χαράλαμπος Α.

Ο σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η μελέτη ανελαστικών και ελαστικών μεθόδωνγια την ταξινόμηση βιοφυσικών στοιχείων μίας οικολογικά ευαίσθητης περιοχής μεδορυφορικά δεδομένα όπου το αποτέλεσμα της ταξινόμησης χρησιμοποιήθηκε για τηνανάπτυξη νέων περιβαλλοντικών χωρικών δεικτών σύμφωνα με το μοντέλο DPSIR πουπροτείνει η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Περιβάλλοντος. Ειδικότερα, χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις αλγόριθμοι ταξινόμησης που ανήκουν σε διαφορετική κατηγορία ταξινομητών ως προς την απόφαση που παίρνουν για την ταξινόμηση των εικονοστοιχείων (ανελαστικοί - ασαφούς λογικής) και ως προς τον τρόπο εκπαίδευσή τους ( παραμετρικοί - μη παραμετρικοί), και εξετάσθηκε η ποσοτική και η ποιοτική τους ακρίβεια. Συγκεκριμένα, μετρήθηκε η ποσοτική ακρίβεια με τη χρήση του πίνακα λαθών (Confusion Matrix), από δεδομένα αναφοράς που συλλέχθηκαν με εργασία πεδίου. Επίσης, για την ποιοτική τους ακρίβεια προτάθηκε η χρησιμοποίηση ενός τροποποιημένου δείκτη τοπίου, του Shannon Evenness’ Index, ο οποίος συνέβαλλε στην εκτίμηση της ομοιομορφίας της ταξινόμησης μέσα στα αγροτεμάχια της αγροτικής ζώνης της περιοχής μελέτης. Η έρευνα έδειξε ότι τα συγκριτικά καλύτερα αποτελέσματα έδωσε το ασαφές νευρωνικό δίκτυο SONeFMUC (Self - Organized Neuro Fuzzy Multistage Classifier), όπου ο παραγόμενος θεματικός χάρτης χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό δεικτών πίεσης και κατάστασης. Συγκεκριμένα αναπτύχθηκαν τρεις δείκτες πίεσης : Ο δείκτης άρδευσης Ι.P.I, λίπανσης F.P.I. και οικιστικής ανάπτυξης U.P.I. Ένα καινοτόμο στοιχείο αυτών των δεικτών ήταν ο υπολογισμός του επιμέρους δείκτη τοπίου Edge Contrast Ιndex, ο οποίος υπολογίζει την πίεση που ασκεί κάθε αγροτεμάχιο από τα γειτονικά του, στον υγρότοπο της Κορώνειας, Επίσης, αναπτύχθηκε κατάλληλη μεθοδολογία όπου αξιολογήθηκαν οι λειτουργίες του υγρότοπου μέσω των ιδιοτήτων του, που με τη σειρά τους εκτιμήθηκαν μέσω δεικτών από την ταξινομημένη εικόνα και επιπλέον γεωγραφικά δεδομένα. Η μεθοδολογία η οποία χρησιμοποιήθηκε τόσο για τους δείκτες πίεσης όσο και για τους δείκτες κατάστασης μπορεί να αποτελέσει ένα χρήσιμο εργαλείο στην επιλογή των κατάλληλων εναλλακτικών σεναρίων, ώστε να ληφθούν διαχειριστικά μέτρα αντιμετώπισης των περιβαλλοντικών προβλημάτων που παρουσιάζει ο υγρότοπος της Κορώνειας
The aim of this thesis was the employment of hard and soft classifiers for land cover/use classification on an area with ecological importance protected by Ramsar Convention (Lake Koronia in Northern Greece), and the use of output thematic maps in the development of new spatially environmental indicators according to DPSIR model proposed by European Environmental Agency. More specifically, four different classification algorithms were used and each one belonged to a different category of classifiers (hard or soft classifiers, parametric or non- parametric classifiers, like neural networks). The use of selected field test sites and confusion matrices resulted in the production of a site specific accuracy assessment for these classifiers. Moreover, using a modified equation of the landscape metric Shannon Eveness - Index (MSHEI), the homogeneity of classification inside the agriparcels in the agricultural zone of the study area was estimated. The fuzzy neural network SONeFMUC (Self - Organized Neuro Fuzzy Multistage Classifier) performed better than the other algorithms and the output thematic map contributed to the calculation of pressure and state indicators in the area. Three pressure indicators were estimated: the Irrigation Pressure Index, the Fertilization Pressure Index and the Urbanization Pressure Index. An innovative technique for the estimation of these indicators was the use of Edge Contast Index (ECON). ECON was utilized for the calculation of the pressure that is forced on an agriparcel from its adjacent agriparcel. Additionaly, an appropriate methodology was applied in the wetland of Koronia in order to evaluate its functions through its basic attributes. These attributes were estimated using image classification and collateral geographic data. The proposed methodology for the calculation of pressure and state indicators could be useful for the selection of appropriate alternative scenarios by the local authorities in order to deal with the environmental problems of the area

PhD Thesis / Διδακτορική Διατριβή

Νευρωνικά δίκτυα
Fuzzy logic
Χωροταξία, Τηλεπισκόπηση
Δείκτες τοπίου
Ασαφής λογική
Neural networks
Land use, Remote sensing
Γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών
Landscape metrics
Geographic information systems

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)


Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Σχολή Γεωπονίας, Δασολογίας και Φυσικού Περιβάλλοντος, Τμήμα Γεωπονίας

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license ( You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)