BURN SCAR MAPPING AND FIRE DAMAGE A

BURN SCAR MAPPING AND FIRE DAMAGE ASSESSMENT USING ERS-2 SAR IMAGES
IN EAST KALIMANTAN, INDONESIA
Gernot RUECKER*, Florian SIEGERT **
*ZEBRIS Geographic Information Systems and Consulting, Munich, Germany
gruecker@zebris-geoconsult.de
** Faculty of Biology, University of Munich, Germany
fsiegert@zi.biologie.uni-muenchen.de
KEY WORDS: Radar, ERS-SAR, Hazards, Change Detection
ABSTRACT
Burn scar identification and fire damage assessment was done using ERS-2 SAR radar images in East
Kalimantan, an Indonesian province severely affected by wildfires during a drought period in 1997/1998. A total
of 46 ERS-2 SAR Precision Images were used to map the total burned area in the province. Effects of fire on
radar backscatter were investigated in test areas representing different degrees of fire damage that were visited
during ground and air surveys. The degree of accuracy of burn scar and fire damage mapping was assessed using
random samples of geocoded photographs and videotapes recorded during five air surveys and block forest
inventories in one damaged forest area. Changes in Radar backscatter induced by fire proved to be strong. In
images acquired during the drought period, a decrease of 2-4 dB was observed in burned areas. Under dry
conditions of three fire damage classes could be discriminated by different types and degrees of change to radar
reflectivity and image texture. The total fire-affected area was 5.2 Mio. ha. Mapping accuracy was assessed to be
higher than 90 percent for burn-scar identification, while the accuracy of discrimination of different damage
classes was less than 70 percent. Ground and aerial evidence suggest that the marked decrease in backscatter can
be attributed to the removal of the vegetation cover and subsequently higher contribution of backscatter from dry
soil. The high mapping accuracy for burn scars allows assessment of fire affected areas using standard ERS-2
satellite imagery to become operational.
KURZFASSUNG
In Ost-Kalimantan, einer während einer starken Trockenperiode 1997/98 schwer durch Vegetationsbrände
geschädigtem Provinz Indonesiens wurden Brandflächen und Feuerschäden mit Hilfe von ERS-2 SAR
Radarbildern kartiert. Insgesamt 46 ERS-SAR Precision Images wurden verwendet, um die gesamte Brandfläche
der Provinz zu erfassen. Zur Erforschung der Auswirkungen der Brände auf die Radar-Rückstreuung wurden
Testgebiete unterschiedlicher Schädigungsstufen untersucht, die bei Boden- und flugzeuggestützten Kampagnen
aufgesucht wurden. Die Genauigkeit der Kartierung wurde mit Hilfe zufällig ausgewählte Stichproben aus
geocodierten Fotografien und Videoaufnahmen, die während fünf Befliegungen aufgenommen wurden, und mit
Block-Inventuren in einem geschädigten Waldgebiet geschätzt. Änderungen in der Radar-Rückstreung waren
deutlich. In Bildern, die während der Trockenperiode aufgenommen wurden, betrug der Rückgang in
verbrannten Gebieten 2-4 dB. In während der Trockenzeit aufgenommenen Bildern konnten drei
Schadensklassen aufgrund von Veränderungen der Radar-Rückstreuung und der Bildtextur unterschieden
werden. Die gesamte feuergeschädigte Fläche beträgt 5.2 Mio. ha. Die Genauigkeit der Kartierung ist höher als
90% für die Identifikation der Brandflächen und weniger als 70% für die Unterscheidung der Schadensklassen.
Boden- und luftgestützte Beobachtungen legen nahe, daß der Rückgang der Radar-Rückstreuung auf die
Zerstörung der Vegetationsdecke und die darauffolgende Erhöhung des Rückstreuanteils von unbedecktem,
trockenen Boden zurückzuführen ist. Die hohe Genauigkeit der Kartierung erlaubt es, feuergeschädigte Flächen
mit ERS-2 operationell zu erfassen.
1 INTRODUCTION
1.1 Scope of the study
More than 80% of vegetation fires are estimated to occur in the tropics and subtropics (Dwyer et al. 1998).
Monitoring inaccessible tropical areas for the sake of fire control and fire damage assessment is therefore an
important remote sensing application. Fire detection and monitoring with optical sensors faces limitations due to
frequent cloud coverage in tropical regions, while microwave sensors are able to penetrate clouds and haze. This
paper deals with the identification of burn scars and fire damage assessment using radar images in an area