Comparison of Machine Learning Methods for Estimating Mangrove Above-Ground Biomass Using Multiple Source Remote Sensing Data in the Red River Delta Biosphere Reserve, Vietnam

随机森林 红树林 均方误差 支持向量机 遥感 环境科学 合成孔径雷达 特征选择 梯度升压 信息增益比 计算机科学 人工智能 地理 数学 生态学 统计 生物
作者
Tien Dat Pham,Tien Dat Pham,Naoto Yokoya,Junshi Xia,Nam Thang Ha,Nga Nhu Le,Thi Thu Trang Nguyen,Thị Hương Đào,Thuy Thi Phuong Vu,Tien Duc Pham,Tien Duc Pham,Wataru Takeuchi
出处
期刊:Remote Sensing [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:12 (8): 1334-1334 被引量:140
标识
DOI:10.3390/rs12081334
摘要

This study proposes a hybrid intelligence approach based on an extreme gradient boosting regression and genetic algorithm, namely, the XGBR-GA model, incorporating Sentinel-2, Sentinel-1, and ALOS-2 PALSAR-2 data to estimate the mangrove above-ground biomass (AGB), including small and shrub mangrove patches in the Red River Delta biosphere reserve across the northern coast of Vietnam. We used the novel extreme gradient boosting decision tree (XGBR) technique together with genetic algorithm (GA) optimization for feature selection to construct and verify a mangrove AGB model using data from a field survey of 105 sampling plots conducted in November and December of 2018 and incorporated the dual polarimetric (HH and HV) data of the ALOS-2 PALSAR-2 L-band and the Sentinel-2 multispectral data combined with Sentinel-1 (C-band VV and VH) data. We employed the root-mean-square error (RMSE) and coefficient of determination (R2) to evaluate the performance of the proposed model. The capability of the XGBR-GA model was assessed via a comparison with other machine-learning (ML) techniques, i.e., the CatBoost regression (CBR), gradient boosted regression tree (GBRT), support vector regression (SVR), and random forest regression (RFR) models. The XGBR-GA model yielded a promising result (R2 = 0.683, RMSE = 25.08 Mg·ha−1) and outperformed the four other ML models. The XGBR-GA model retrieved a mangrove AGB ranging from 17 Mg·ha−1 to 142 Mg·ha−1 (with an average of 72.47 Mg·ha−1). Therefore, multisource optical and synthetic aperture radar (SAR) combined with the XGBR-GA model can be used to estimate the mangrove AGB in North Vietnam. The effectiveness of the proposed method needs to be further tested and compared to other mangrove ecosystems in the tropics.
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