การประเมินมวลชีวภาพเหนือพื้นดินของชุมชนพืชชุ่มน้ำจากข้อมูลไฮเปอร์สเปกตรัลโดยใช้อนุพันธ์แบบเศษส่วนและการเรียนรู้ของเครื่อง

มวลชีวภาพเหนือพื้นดิน (Aboveground Biomass: AGB) เป็นตัวแปรสำคัญในการประเมินสุขภาพของระบบนิเวศ การกักเก็บคาร์บอน และความหลากหลายทางชีวภาพของพื้นที่ชุ่มน้ำ การประมาณค่า AGB อย่างแม่นยำจึงมีความสำคัญต่อการจัดการและอนุรักษ์พื้นที่ชุ่มน้ำอย่างยั่งยืน บทความวิจัย "Estimating Aboveground Biomass of Wetland Plant Communities from Hyperspectral Data Based on Fractional-Order Derivatives and Machine Learning" ตีพิมพ์ในวารสาร Remote Sensing, Vol. 16, Pages 3011 ได้นำเสนอวิธีการใหม่ในการประเมินค่า AGB ของชุมชนพืชชุ่มน้ำจากข้อมูลไฮเปอร์สเปกตรัลโดยใช้อนุพันธ์แบบเศษส่วนและการเรียนรู้ของเครื่อง

ข้อมูลไฮเปอร์สเปกตรัลและอนุพันธ์แบบเศษส่วน

ข้อมูลไฮเปอร์สเปกตรัลเป็นข้อมูลภาพถ่ายที่บันทึกสเปกตรัมของแสงสะท้อนจากวัตถุในช่วงความยาวคลื่นที่ต่อเนื่องกัน ข้อมูลชนิดนี้มีความไวต่อคุณสมบัติทางชีวเคมีและโครงสร้างของพืช ทำให้เหมาะสำหรับการประเมินค่า AGB

อนุพันธ์แบบเศษส่วนเป็นเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ในการวิเคราะห์สัญญาณที่ไม่ต่อเนื่อง อนุพันธ์แบบเศษส่วนสามารถดึงคุณลักษณะของสเปกตรัมที่ซ่อนอยู่ซึ่งเกี่ยวข้องกับ AGB ได้ดีกว่าอนุพันธ์แบบ integer

วิธีการและผลการวิจัย

งานวิจัยนี้ได้ทำการรวบรวมข้อมูลไฮเปอร์สเปกตรัลและ AGB ของชุมชนพืชชุ่มน้ำในประเทศจีน จากนั้นจึงทำการสกัดคุณลักษณะของสเปกตรัมโดยใช้อนุพันธ์แบบเศษส่วนลำดับต่างๆ ต่อมาได้นำคุณลักษณะเหล่านี้มาใช้ในการสร้างแบบจำลองการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อประเมินค่า AGB

ผลการวิจัยพบว่าแบบจำลองที่สร้างจากการเรียนรู้ของเครื่องโดยใช้อนุพันธ์แบบเศษส่วนสามารถประเมินค่า AGB ได้อย่างแม่นยำ โดยมีค่า R² สูงถึง 0.85 และค่า RMSE ต่ำกว่าวิธีการแบบดั้งเดิม

ตารางเปรียบเทียบผลลัพธ์

แบบจำลอง	R²	RMSE (Mg/ha)
อนุพันธ์แบบเศษส่วน + Support Vector Machine	0.85	2.15
อนุพันธ์แบบ integer + Support Vector Machine	0.78	2.87

สรุป

งานวิจัยนี้นำเสนอวิธีการใหม่ที่มีประสิทธิภาพในการประเมินค่า AGB ของชุมชนพืชชุ่มน้ำจากข้อมูลไฮเปอร์สเปกตรัล การใช้อนุพันธ์แบบเศษส่วนช่วยเพิ่มความแม่นยำในการประเมินค่า AGB ผลการวิจัยนี้มีส่วนสำคัญต่อการพัฒนาเทคโนโลยีการสำรวจระยะไกลเพื่อการจัดการและอนุรักษ์พื้นที่ชุ่มน้ำอย่างยั่งยืน

Fun Fact: พื้นที่ชุ่มน้ำครอบคลุมพื้นที่เพียง 6% ของพื้นผิวโลก แต่กลับกักเก็บคาร์บอนได้ถึง 30% ของคาร์บอนบนพื้นดินทั้งหมด

อ้างอิง: Wang, Q.; Lu, X.; Zhang, J.; Liu, L.; Du, S.; Zhou, Y. Estimating Aboveground Biomass of Wetland Plant Communities from Hyperspectral Data Based on Fractional-Order Derivatives and Machine Learning. Remote Sens. 2023, 16, 3011. https://doi.org/10.3390/rs16133011

#พื้นที่ชุ่มน้ำ #ไฮเปอร์สเปกตรัล #มวลชีวภาพ #การเรียนรู้ของเครื่อง