Crop type maps are critical for tracking agricultural land use and estimating crop production. Remote sensing has proven an efficient and reliable tool for creating these maps in regions with abundant ground labels for model training, yet these labels remain difficult to obtain in many regions and years. NASA's Global Ecosystem Dynamics Investigation (GEDI) spaceborne lidar instrument, originally designed for forest monitoring, has shown promise for distinguishing tall and short crops. In the current study, we leverage GEDI to develop wall-to-wall maps of short vs tall crops on a global scale at 10 m resolution for 2019-2021. Specifically, we show that (1) GEDI returns can reliably be classified into tall and short crops after removing shots with extreme view angles or topographic slope, (2) the frequency of tall crops over time can be used to identify months when tall crops are at their peak height, and (3) GEDI shots in these months can then be used to train random forest models that use Sentinel-2 time series to accurately predict short vs. tall crops. Independent reference data from around the world are then used to evaluate these GEDI-S2 maps. We find that GEDI-S2 performed nearly as well as models trained on thousands of local reference training points, with accuracies of at least 87% and often above 90% throughout the Americas, Europe, and East Asia. Systematic underestimation of tall crop area was observed in regions where crops frequently exhibit low biomass, namely Africa and South Asia, and further work is needed in these systems. Although the GEDI-S2 approach only differentiates tall from short crops, in many landscapes this distinction goes a long way toward mapping the main individual crop types. The combination of GEDI and Sentinel-2 thus presents a very promising path towards global crop mapping with minimal reliance on ground data.


翻译:遥感已证明是一个高效和可靠的工具,用于在具有大量地面标签的区域绘制这些地图,用于示范培训,但在许多区域和年份仍然难以获得这些标签。 美国航天局的“全球生态系统动态调查”空间激光雷达仪(GEDI)最初设计用于森林监测,显示有区分高作物和短作物的希望。在目前的研究中,我们利用GEDI在全球范围以10米分辨率为2019-2021年的10米分辨率绘制短作物与高作物的墙到墙的地图。具体地说,我们表明:(1) GEDI回报在用极端的视角或地形坡清除镜头后可以可靠地分类成高作物和短作物。(2) 高作物在时间段的频率可用于确定高作物处于高峰的月份,(3) 这些月中GEDI拍摄可以用来培训随机森林模型,利用Sentin-2时间序列来准确预测短作物的短期与高作物。然后,世界各地独立参考数据数据用于评估GEDI-S2生物量图。我们发现,GEDI-S2在用极端的美洲区域经常进行高作物统计,因此在经过了80万个亚洲的模型下进行。

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