выбор оптимального размера скользящего окна (Moving Window)

[Борисфенка]

Здравствуйте! Вот у меня возникла задача. Считаю ландшафтные метрики с помощью Fragstats. Есть 10 разновременных классификаций в качестве входящих данных. Были отобраны 5 метрик для расчета на уровне ландшафта с помощью скользящего окна. Сначала испробовала несколько размеров данного окна (а именно 6) на одной конкретной классификации. Визуально оценила полученные изображения, решила что увеличивать дальше размер окна не имеет смысла. Каким образом можно количественно обосновать размер оптимального окна из 6 рассчитанных для подальшего анализа? В голову сейчас приходит только вычисления максимального диапазона значений для каждой метрики (исходя из утверждения, что размер окна с самым широким диапазоном значений метрики дает наиболее информативный результат ). Не будет ли это каким-то примитивным подходом к решению задачи? Если нет, то возможно нужно учитывать значения всех классификаций (например, взять среднее значение ширины диапазонов метрик по всем 10 классификациям)

[rhot]

Банально, но всё зависит от задачи и её контекста.
Например, в ландшафтной экологии для расчёта площади местообитания жизнеспособной популяции трёхпалого дятла [1] размер скользящего окна должен быть 4 кв.км, для глухаря - 16 кв.км и т.д.

--
1. Angelstam, P., Mikusinski, G., Eriksson, J. A., Jaxgård, P., Kellner, O., Koffman, A., Ranneby, B., Roberge, J.-M., Rosengren, M., Rystedt, S., Rönnbäck, B.-I. & Seibert, J. (2003). Gap analysis and planning of habitat networks for the maintenance of boreal forest biodiversity in Sweden - a technical report from the RESE case study in the counties of Dalarna and Gävleborg. Örebro University and Swedish University of Agricultural Sciences.

[bim2010]

"География и мониторинг биоразнообразия".
Добрынин Д. А. Ландшафтное разнообразие и система особо охраняемых природных территорий Архангельской области.
Пурдик Л.Н., Червяков В.А., Шибких А.А. Факторы и картографический анализ ландшафтного разнообразия территории Алтайского края.
Гусев, А.П. Антропогенная трансформация ландшафтной структуры и лесные сукцессии.
Мэгарран Э.Экологическое разнообразие и его измерение.

Предположим у Вас Landsat? Тогда, для вычисления "ландшафтных" метрик можно выбрать для скользящего окна 3х3 пикселя. Вы сможете интерпретировать полученный результат? Рассчитайте статистику фрагментов, статистику по классам, общую статистику по растру. Сделайте анализ однородности по классам.

Для моей территории с четырьмя формами четвертичных поверхностей (моренные возвышенности, водно-ледниковые холмы, озерно-ледниковые плато и речные долины), каждая из которых может быть дифференцирована «внутри» класса на привершинные (основные) поверхности, верхние и нижние части склонов (или пойма, надпойменная терраса, коренной склон) логичными будут как минимум 12 классов. Но этого не выделить по Landsat.

[Борисфенка]

За литературу спасибо, очень ценно для изучения))

Предположим у Вас Landsat? Тогда, для вычисления "ландшафтных" метрик можно выбрать для скользящего окна 3х3 пикселя. Вы сможете интерпретировать полученный результат? Рассчитайте статистику фрагментов

Тут территория намного больше - мозаика с 3 сцен Modis. 17 классов земного покрова. Думаю фрагменты обсчитывать не целесообразно. Статистика классов (я так понимаю, имеется ввиду расчет метрик на классовом уровне - количество фрагментов, площади, доли площадей в ландшафте, индексы формы, связности, соседства и т.д.), рассчитывается сама собой. А вот на ландшафтном уровне хотелось бы рассчитать индексы разнообразия ( Шеннона, Симпсона, число классов и т.д.) именно на единицу площади, то есть с помощью скользящего окна,что бы результатом было не просто значение индекса по всему ландшафту, а пространственное распределения значений.

[bolotoved]

Каким образом можно количественно обосновать размер оптимального окна из 6 рассчитанных для подальшего анализа?

Все зависит от объекта на который по вашему мнению должна влиять мозаика ландшафта (и соответственно рассчитанные на ее основе индексы). По идее, у вас должны быть собранные в поле точки встреч/отсутствия некоторого объекта, и вы должны посмотреть есть ли корреляции между этими точками и индексом. При этом индекс считаете с разным окном и смотрите при какой величине окна есть корреляция, а также где она максимальна.

Обосновать "оптимальную величину" окна для абстрактного объекта и с абстрактной целью скорее всего не получится.

[bim2010]

Каким образом можно количественно обосновать размер оптимального окна

Обоснование размера попадалось в работах Пузаченко, Козлова, Флоринского.
Цифровая почвенная картография: теоретические и экспериментальные исследования.
Козлов Д.Н., Сорокина Н.П. Традиции и инновации в крупномасштабной почвенной картографии
Флоринский И. В. Теория и приложения математико-картографического моделирования рельефа

2.2.3 Расчет размеров элементов скользящего окна

стр 116
http://iflorinsky.narod.ru/papers.htm

https://cran.r-project.org/web/packages ... MTools.pdf
https://peerj.com/preprints/116v1.pdf
http://www.glel.carleton.ca/PDF/FarmLan ... inePDF.pdf
http://www.edc.uri.edu/nrs/classes/nrs5 ... erview.pdf
http://www.symposcience.org/exl-doc/col ... 002410.pdf
http://www.bringbackthecranes.org/techn ... lityWI.pdf
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1 ... 6577.x/pdf
Applications of Computational Intelligence in Biology: Current Trends and Open Problems

[gamm]

у меня маленький вопрос, что такое Fragstats? Есть такая отдельная программа тыц, но в нет нет локальных окон, насколько я помню. Там чистая морфометрия+границы.

[bim2010]

Пора Help переводить...

[Борисфенка]

Каким образом можно количественно обосновать размер оптимального окна из 6 рассчитанных для подальшего анализа?

Все зависит от объекта на который по вашему мнению должна влиять мозаика ландшафта (и соответственно рассчитанные на ее основе индексы). По идее, у вас должны быть собранные в поле точки встреч/отсутствия некоторого объекта, и вы должны посмотреть есть ли корреляции между этими точками и индексом. При этом индекс считаете с разным окном и смотрите при какой величине окна есть корреляция, а также где она максимальна.

Обосновать "оптимальную величину" окна для абстрактного объекта и с абстрактной целью скорее всего не получится.

Вот я наталкиваюсь на мысль, что, с одной стороны (будем рассматривать не на что влияет ландшафт, а что влияет на него) на ландшафтное разнообразие влияет антропогенная деятельность. И возможно, логично, было, бы связать какие-то картографические материалы влияния деятельности человека (исходя из мысли, что такая деятельность может уничтожать разные виды природных объектов, а значит уменьшать разнообразие). Но если у нас 17 классов земного покрова, и допустим территория леса занимает значительную площадь, то понятное дело, что разнообразием тут и не пахнет ( лес-лесом да и все ). Индекс того же Шеннона будет малым, но это же не значит что тут присутствует влияние человека. И мы не можем дать качественную оценку значения индекса на территории конкретного класса, потому-то для одной территории высокое значение разнообразия может быть субъективно "плохим", а для другой "хорошим". В наших силах только количественно показать, что вот здесь такое значение, а тут другое. А если допустим, взять самый большой за площадью класс (пахотные земли, например) и определить, что для него разнообразие - это "+", а однообразие - "-". И просмотреть при каком окне самое большое разнообразие. Но опять же субъективность...

[gamm]

Пора Help переводить...

я только табличным выводом пользовался, там все по объектам считается.

P.S. мне легче по английски читать, чем из корявого перевода исходные термины восстанавливать ...
P.P.S. для оценки разных влияний больше смысла не просто разнообразие типов считать, а учитывать "контраст" между разными типами, их соседство, встречаемость (в экстремальном виде - матрицу в терминологии Fragstats) и т.д.

[Борисфенка]

P.P.S. для оценки разных влияний больше смысла не просто разнообразие типов считать, а учитывать "контраст" между разными типами, их соседство, встречаемость (в экстремальном виде - матрицу в терминологии Fragstats) и т.д.

Встречаимость, соседство, связность и т. д. (всего отобрано 9 метрик) как раз и было рассчитано на классовом уровне в табличном виде - с этим проблем нет. Проблема с выбором размера окна для отображения пространственного распределения значений метрик (подгруппа - Diversity) в виде изображения.

[gamm]

а исходно классы у вас на чем выделены, на растре, без создания объектов? Я привык, что Fragstats имеет дело с фациями (patch в их терминологии), а не с ячейками растра.

При наличии объектов их генерализуют иерархически, и раскрашиваются для вывода, вместо того, чтобы окно гонять - оно все границы убивает, поскольку не имеет отношения к структуре ландшафта.

Но может я просто от современных тенденций отстал - исторически там никаких локальных окон не было (ни в самой науке landscape ecology, ни в программе), потом зачем-то приделали, нарушив стройность теории

[Максим Дубинин]

у Fragstats метрики расчитываются для трех типов вводных: участки (patch), классы (class), ландшафт целиком (landscape)

Плавающие окна могут применяться только к class/landscape метрикам.

[gamm]

Это я понял из документации к последней версии. Я не понял, кому и зачем это понадобилось добавлять, поскольку (в отличие от расчёта по объектам) никакого разумного объяснения у авторов не нашел. Может вам попадалось? И это имеет смысл только если патчи относительно однородны по размеру и малы по сравнению с размером окна. И при этом использование объектов следующего уровня иерархии почему-то (может, есть примеры?) не устраивает

[ Сообщение с мобильного устройства ]

[bim2010]

К.А. Мерекалова ВЫДЕЛЕНИЕ ГЕОСИСТЕМ С ЕДИНЫМ ТИПОМ МЕЖКОМПОНЕНТНЫХ ОТНОШЕНИЙ
ЛАНДШАФТНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ: ОБЩИЕ ОСНОВАНИЯ. МЕТОДОЛОГИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ:
Труды Международной школы-конференции "Ландшафтное планирование", М., Географический факультет МГУ
стр 199.