Water is essential for the sustainability of life and the healthy functioning of ecosystems. Increasing pollution poses a serious threat to the world's waters, making the monitoring and protection of water quality a strategic imperative. Chlorophyll-a is one of the most important indicators of water quality and ecosystem health, as it is a measure of photosynthetic activity and phytoplankton density, the lifeblood of aquatic ecosystems. Remote sensed data provide a unique opportunity to analyse chlorophyll-a changes in lake ecosystems. In this study, chlorophyll-a concentration was modelled by machine and deep learning techniques using chlorophyll-a measurements, Landsat-8 surface reflectance values and spectral indices of Lake Mogan between 2018 and 2024. The RF, ANN, and CNN models achieved R² values of 0.84, 0.85, and 0.92, respectively. With its ability to learn spectral relationships, identify patterns in complex datasets, and its superior ability to process remote sensing imagery, thematic maps were generated using the CNN model, which performed best in the study. The results of the study demonstrate the potential of remote sensing-based deep learning approaches for monitoring chlorophyll-a. With its ability to produce highly accurate results, this study provides the literature with an effective tool for future strategic monitoring studies.
Su, yaşamın sürdürülebilirliği ve ekosistemlerin sağlıklı işleyişi için kritik öneme sahiptir. Artan çevresel kirlilik, dünyadaki su kütlelerine yönelik ciddi tehditler oluşturmakta olup, su kalitesinin izlenmesi ve korunmasını stratejik bir zorunluluk haline getirmiştir. Klorofil-a, su ekosistemlerinin yaşam kaynağı olan fotosentetik aktivenin ve fitoplankton yoğunluğunun bir göstergesi olarak, su kalitesini ve ekosistem sağlığını şekillendiren en kritik göstergelerden biridir. Uzaktan algılama tabanlı veri setleri, göl ekosistemlerindeki klorofil-a değişimlerini analiz etmek için eşsiz bir fırsat sunmaktadır. Bu çalışmada, Mogan Gölü'nün 2018-2024 yılları arasındaki klorofil-a ölçümleri, Landsat-8 yüzey yansıma değerleri ve spektral indeksleri kullanılarak klorofil-a konsantrasyonu makine ve derin öğrenme teknikleri ile modellenmiştir. RF, ANN ve CNN modelleri sırasıyla 0.84, 0.85 ve 0.92 R2 değerlerine ulaşmıştır. Spektral ilişkileri öğrenme kapasitesi, karmaşık veri setlerindeki desenleri tanımlama becerisi ve uzaktan algılama görüntülerini işleme konusundaki üstün yetenekleriyle, araştırmada en iyi performansı gösteren CNN modeli kullanılarak tematik haritalar üretilmiştir. Çalışma sonuçları, klorofil-a parametresinin izlenmesinde uzaktan algılama tabanlı derin öğrenme yaklaşımlarının potansiyelini ortaya koymaktadır. Bu çalışma, yüksek doğruluklu sonuçlar üretme yeteneği ile gelecekteki stratejik izleme çalışmaları için literatüre etkili bir araç sunmaktadır.
Primary Language | English |
---|---|
Subjects | Deep Learning, Geospatial Information Systems and Geospatial Data Modelling, Photogrammetry and Remote Sensing, Satellite-Based Positioning |
Journal Section | Articles |
Authors | |
Early Pub Date | March 25, 2025 |
Publication Date | |
Submission Date | December 18, 2024 |
Acceptance Date | March 7, 2025 |
Published in Issue | Year 2025 Volume: 14 Issue: 2 |