基于多季相光谱混合分解和决策树的干旱区土地利用分类

该文利用2015年Landsat 8多季相数据,以民勤县为例探讨了干旱区土地覆被/利用分类方法。首先进行了研究区多季相遥感数据的主成分变换,确定了Landsat OLI光谱空间的内在维数。其次通过对各季相主成分空间的分析,确定了光谱混合分解的端元类型及各自的代表性季相。获取端元光谱之后,采用全约束线性光谱混合模型分解各个季相的遥感影像,估计各端元组分占像元的面积百分比（端元丰度值）。最后利用端元丰度值的多季相估计结果,依据先验知识和训练样本建立决策树分类规则进行土地覆被/利用分类。分类方法的总体精度达到90.94%,Kappa系数为0.90。研究表明：将物理意义明确的端元丰度值作为分类变量,能够快速、有效地获取分类规则,生成树的结构简单、合理、清晰,对训练数据的依赖性较低,因此具有应用于整个旱地系统土地覆被/利用分类的潜力。     

基于标准地表光谱端元空间的苹果园种植时间制图方法

利用遥感数据进行果园种植时间制图可以高效便捷地获取大区域尺度的果园种植时间信息。为避免混合像元对果园的光谱信息造成影响,实现果园范围的精准识别及果园种植年龄的推测,该研究基于Landsat系列影像,开展融合地表标准地表光谱端元空间的果园范围提取和种植时间制图的研究。首先,将标准地表光谱端元空间融入原始影像中运用随机森林算法进行土地利用/覆被分类,重点提取果园分布范围。其次,构建地表植被端元年际间时间序列曲线,求得果园缓慢增长区间,运用四点法求取果园最大环境承载量。最后,回溯找到果园种植起点进行Logistic增长模型拟合,完成果园种植时间制图。研究结果表明：1）由线性光谱混合分解所得的地表光谱四端元能够很好地表达研究区地表组分信息。融合标准端元空间与随机森林算法提高了地物信息的提取精度。分类总体精度达到88.80%,Kappa系数达到0.86,对果园有较好的解译能力。2）通过植被端元年际时间序列曲线可以很容易地捕捉到土地覆被/利用类型的变化,通过Logistic增长模型可以检测植被生长的状况和最大环境承载量。拟合的果树生长模型具有较高的精度和稳定性,整体拟合度达到0.751,年龄验证误差均值为1.86a,说明该方法可以相对准确地确定苹果树的种植时间和长势。     

基于多时相GF-6遥感影像的水稻种植面积提取

为获取高精度水稻种植面积提取方法和分析红边信息在作物识别能力上的优越性,该研究选取辽宁省盘锦市为研究区域,利用2020年水稻关键物候期的多时相高分6号宽幅相机（GF-6 WFV）遥感影像,构建归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）、归一化水体指数（Normalized Difference Water Index,NDWI）、比值植被指数（Ratio Vegetation Index,RVI）和归一化差异红边1指数（Normalized Difference Red-Edge 1 Index,NDRE1）,根据各地物类型进行时序分析,在获得水稻面积粗提取结果的基础上对其他地类进行掩膜,准确提取水稻种植面积。对2020年盘锦市水稻提取结果进行精度分析,结果表明,基于实测数据进行精度验证的总体精度为94.44%,基于目视解译数据进行精度验证的总体精度和Kappa系数分别为95.60%和0.91。根据目视解译数据对有无红边波段参与的水稻提取结果进行对比分析可知,红边波段的引入使总体分类精度、水稻制图精度和Kappa系数分别提高了3.20个百分点、6.00个百分点和0.06。该研究证明红边波段可以有效降低作物的错分、漏分情况,对水稻精准估产和丰富农作物遥感监测方法具有重要作用,显示出国产红边卫星数据在作物分类、面积提取方面具有巨大应用潜力。     

基于厘米级无人机影像的水土保持措施精准识别

基于厘米级高分辨率无人机影像,应用面向对象方法(Object-Based Image Analysis, OBIA)对吉林省伊通县椽子沟流域的横坡改垄、地埂植物带、生态恢复乔木林、生态恢复草地等水土保持措施进行自动精准识别。应用超绿指数(Excess Green Index,ExG)、超红指数(Excess Red Index,ExR)、归一化差异指数(Normalized Difference Index,NDI)等光谱指数,形状的主方向、形状指数等形状特征,均值(Mean)、方差(Variance)、对比度(Contrast)等纹理特征进行措施的特征提取。结果表明:研究区水土保持措施识别的总体精度可达91.24%,Kappa系数为0.87;对垄台、垄沟等线性水土保持措施总体精度可达72.33%,Kappa系数为0.63。基于厘米级无人机影像,应用面向对象方法基本可实现对黑土区水土保持措施的精准识别,也可对垄台垄沟等线性措施进行自动识别,研究结果可为水土保持措施实施范围及完好程度的动态监测提供参考依据。     

基于多源数据和Stacking-SHAP方法的山地丘陵区土地覆被分类

山地丘陵区地形复杂,地表辐射信号畸变严重,地物识别困难。为准确提取山区地物信息,结合多源异构数据,Stacking 集成学习和Shapley Addictive Explanation（SHAP）方法展开土地覆被分类研究。从Sentinel-1/2影像、气候数据、土壤数据和数字高程图中提取遥感、气候、土壤和地形四类特征变量,设计多种变量组合方案,结合Stacking算法,探讨不同类型变量在山区地物识别中的效用,并对比Stacking最佳方案与支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、随机森林（Random Forest,RF）和极端梯度回归（eXtreme Gradient Boosting,XGBoost）算法的分类精度,评价Stacking方法在山区地物信息提取中的性能。同时,引入SHAP方法,量化Stacking模型中各特征变量的重要性。结果表明：在仅以遥感变量为基础方案时,山区土地覆被分类精度最低;在分别加入气候、土壤和地形变量后,总体精度、Kappa系数和F1分数均有所提高,其中旱地、水田和园地分类精度的提升幅度较大。基于Stacking算法结合所有类型特征变量的方案达到了最佳的分类精度,其总体精度、 Kappa系数和F1分数分别为96.61%、0.96和94.81%,分类精度优于相同特征下的SVM、 RF和XGBoost。SHAP方法可量化Stacking模型中特征变量的全局以及局部重要性,明确各变量对不同地物类型识别的相对贡献,为山区土地覆被分类的变量选择及优化提供有价值的信息。该研究为机器学习协助复杂景观地区土地覆被制图研究提供了技术支持和理论参考。     

MODIS土地利用/覆被多时相多光谱决策树分类

利用MODIS多时相与多光谱结合,尝试探讨低成本、高精度的北京土地利用/覆被实时获取方法。首先根据归一化植被指数（NDVI）的均值、标准差建立了研究区各地类的典型NDVI时间序列曲线,进而提取了6个可以反映区域物候模式、植被生长速率等信息的分类参数;然后对反映地表土壤信息较多的3月份多光谱影像进行主成分变换,选取第一主成分（PC1）作为辅助分类参数;最后基于分类回归树（CART）算法进行监督决策树分类。经SPOT-5影像验证,分类总体精度达到83%,Kappa系数为0.769,PC1辅助分类后总体精度提高     

基于特征增强技术的面向对象分类方法

针对传统基于像元的分类方法不能满足对高分辨率影像（HRI）进行分类的矛盾,提出基于特征增强技术的面向对象分类方法（FETCOOCA）。并以北京市海淀区的SPOT5影像为例,考虑到影像中植被、水体和建筑物等地物之间的特征差异,对影像中地物的光谱、形状、纹理等信息进行特征增强处理,并结合面向对象的分类方法对其进行分类。最后,对FETCOOCA与传统基于像元的分类方法进行对比分析。结果表明:提出的FETCOOCA明显优于传统分类方法,它可以大幅度提高HRI的分类精度,有效抑制椒盐现象的发生,使分类后的图像含有更为丰富的语义信息。     

基于特征优选随机森林算法的农耕区土地利用分类

为了提高农耕区土地利用分类精度,该文采用较高空间分辨率和丰富光谱信息的Sentinel-2数据生成光谱特征、无红边波段的植被指数、红边指数和纹理特征4种基本特征变量,并对以上特征变量优选后进行特征重要性排序,进而构建7种特征组合方案,基于随机森林算法和支持向量机对农耕区土地利用信息进行提取并对比验证分类精度。研究结果表明:通过特征优选的随机森林算法进行土地利用信息提取效果最佳,总体精度达到88.24%,Kappa系数为0.84,精度优于相同特征变量下的支持向量机分类方法。该方法能够有效提高农耕区土地利用分类精度,可为土地资源监测、管理提供技术支持和理论参考。     

基于特征增强技术的面向对象分类方法

针对传统基于像元的分类方法不能满足对高分辨率影像（HRI）进行分类的矛盾,提出了基于特征增强技术的面向对象分类方法（FETCOOCA）。并以北京市海淀区的SPOT5影像为例,考虑到影像中植被、水体和建筑物等地物之间的特征差异,对影像中地物的光谱、形状、纹理等信息进行特征增强处理,并结合面向对象的分类方法对其进行分类。最后,对FETCOOCA与传统基于像元的分类方法进行了对比分析。结果表明：提出的FET-COOCA明显优于传统分类方法,它可以大幅度提高HRI的分类精度,有效抑制椒盐现象的发生,使分类后的图像含有更为丰富的语义信息。     

匹配点云结合HSI色彩分量的无人机RGB影像信息提取方法

无人机通常搭载可见光波段传感器获取红-绿-蓝（Red-Green-Blue,RGB）影像,由于无人机RGB影像波段较少,影像的地物信息提取存在一定难度。该研究提出了一种匹配点云结合色调-饱和度-亮度（Hue-Saturation-Intensity,HSI）空间色彩分量的无人机RGB影像信息提取方法。首先以饱和度分量和红光波段构造了饱和度与红光比值指数,再结合可见光波段差异植被指数以及由匹配点云获得的地形特征对研究区正射影像进行分类。试验结果表明,本文方法的总体分类精度达到了91.11%,Kappa系数为0.895,证明匹配点云结合HSI空间色彩分量的方法提取无人机RGB影像信息是可行的,提取结果具有较高精度。相较于基于光谱特征的传统方法,本文方法引入匹配点云可以简单高效地提取影像中高程差异明显的地物,同时,结合HSI色彩分量能够有效弥补无人机RGB影像光谱特征较少的不足。     

基于HJ卫星数据与面向对象分类的土地利用/覆盖信息提取

土地利用/覆盖信息是区域气候与环境研究的基础,是土地资源规划与管理、合理开发与保护的信息保障。为此,该文选取长株潭城市群核心区为试验区,以时间序列HJ卫星影像为数据源,首先构建了时间序列归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、时间序列光谱第一主成分(first principal component,PC1)数据集,通过J-M(Jeffries-Matusita)距离变量可分离性分析结合地表覆盖的物候特征,确定最佳时序HJ组合数据;其次,采用面向对象的随机森林算法对研究区土地利用/覆盖信息进行分类,并对分类结果进行精度评价与比较分析。研究结果表明:采用时间序列HJ组合数据与面向对象的分类方法,提取城市土地利用/覆盖信息的总体精度和Kappa系数分别达到91.55%和0.90,其中水田、水浇地、旱地、林地、建设用地的生产者精度均达到90%及以上;相对于时间序列基于像元分类、单时相面向对象的分类方法,该文提出的土地利用/覆盖信息提取方法的总体分类精度和Kappa系数分别提高了2.26%、0.02和6.82%、0.08,有效提高了区域土地利用/覆盖信息提取的精度,为大范围土地利用/覆盖精细化分类提供了有效的途径。     

基于Landsat 8 OLI影像纹理特征的面向对象土地利用/覆盖分类

针对如何提高中低分辨率遥感影像分类精度,该研究以河北省石家庄市Landsat 8 OLI遥感影像为研究对象,对灰度共生矩阵(gray-level co-occurrence matrix,GLCM)纹理与伽博(Gabor)滤波器下的Gist纹理特征进行对比,应用J-M(Jeffries-Matusita)距离可分离性分析GLCM最优纹理特征,并利用最佳指数法(optimum index factor,OIF)获取GLCM与Gist纹理特征的最佳特征组合;其次对面向对象分类的分割尺度进行研究,提出整体最优分割尺度计算方法;最后进行基于纹理特征的面向对象分类识别与精度评价,并与基于原始数据的面向对象分类结果进行对比。研究表明:Gist纹理特征使分类精度有了一定的提高,基于纹理数据的面向对象支持向量机(support vector machine,SVM)分类及面向对象K邻近法(K-nearest neighbor,KNN)分类的总体分类精度(overall accuracy,OA)分别比基于原始数据的2种方法分类精度提高3.67和3.33个百分点,基于纹理的面向对象SVM方法具有最高的精度,OA达到85.67%。不管是基于原始数据还是纹理数据,面向对象分类精度远高于最大似然分类(maximum likelihood classification,MLC)、马氏距离分类(mahalanobis distance classification,MDC)和SVM分类精度,且面向对象分类方法对纹理数据更为敏感。该文提出的基于纹理的面向对象分类方法有效提高了遥感影像分类精度,为区域土地利用/覆盖信息提取提供了有效的途径。     

滨海光谱混淆区面向对象的土地利用遥感分类

滨海光谱混淆区土地利用/覆盖信息获取是遥感信息提取的难点之一,该研究选择黄河三角洲垦利县为研究区,采用2007年3月11日陆地卫星TM遥感影像数据,利用面向对象的土地利用遥感分类技术,通过影像分割和采用支持向量机分类方法对研究区土地利用/覆盖信息进行提取,并将分类结果与传统的基于像元的分类方法进行对比分析。结果表明:面向对象支持向量机的分类精度达到84.83%,比基于像元的最大似然法和波谱角法分别提高了5.94%和19.53%,且有效避免了椒盐现象。说明面向对象的图像分类方法明显提高了遥感影像的分类精度和分类效率,为滨海光谱混淆区土地利用信息的快速、准确提取提供了有效技术手段。     

全极化SAR图像的煤矿区土地覆盖信息分层提取方法研究

为弥补光学遥感在煤矿区资源与生态环境监测中应用的不足, 研究应用全极化SAR图像有效提取煤矿区土地覆盖信息的方法具有重要意义。针对全极化SAR图像极化信息丰富、斑点噪声多、局部异质性大等特点, 提出采用面向对象的影像分类方法对其进行分层土地覆盖信息提取。以徐州市西南部的煤矿区为研究区, 选取Radarsat-2的全极化SAR图像, 分析了研究区内全极化SAR图像中典型地物的灰度特征, 提出面向对象分类方法所涉及的最优分割尺度选择法, 给出全极化SAR图像分割对象后向散射特征的计算方法。对研究区的SAR图像进行试验, 首先对SAR图像进行多尺度分割, 选择各土地覆盖类型的最优分割尺度, 然后在该尺度下计算出土地覆盖类型的后向散射特征指数, 最后采用模糊逻辑分类法分层提取出研究区内的土地覆盖信息。结果表明: 在适于各土地覆盖类型提取的最优分割尺度下, 充分利用分割对象的灰度、形状、纹理以及类间相关特征, 并综合应用隶属函数法和最邻近分类法, 能有效地提取煤矿区的农田、道路、塌陷地、建筑物、山林这5类土地覆盖信息。与最大似然分类法相比, 该方法能够较好地消除"椒盐现象", 各种土地覆盖类型的提取精度都有所提高, 其总体分类精度可提高38.3%。     

高分辨率遥感卫星影像在土地利用分类及其变化监测的应用研究

研究了IKNOS米级高分辨率遥感影像在大比例尺土地利用图件更新中的应用技术,提出采用基于知识的土地利用覆盖分类以及变化监测系统方法,首先利用NDVI植被指数和半方差纹理特征的知识进行影像大类区域分割;其次结合光谱知识对各影像区域进行详细分类,同时利用区域生长技术与地类空间知识进行区域分类;第三步是分类后处理与变化信息提取,利用基础图件提供的知识与各区域分类进行比较以发现变化的区域。北京房山良乡试验区的试验表明,Kappa系数为0.912,总精度为0.938;变化信息错误率为13.69%,基于知识的分类与变化信息自动提取可以为在GIS/RS环境下的目视数字化提供目标,加速土地利用基础图件的更新作业过程     

基于特征优选的北疆典型区域非农化遥感监测

该研究旨在准确把握耕地“非农化”的时空格局,为制定合理的土地利用和耕地保护政策提供重要依据。随着特征提取技术和分类算法的进步,利用遥感影像进行大规模耕地动态监测变得更加准确和高效。该研究选用Sentinel-2卫星影像,探讨了不同算法和特征变量在耕地非农化监测中的优势。研究首先提取了4类特征共计31个指标,并通过主成分分析(principipal component analysis, PCA)和相关系数矩阵进行特征优选,获得了12个关键指标,并设计了5种特征组合方案。随后,采用7种基础算法执行影像分类,并通过“单阶段”和“二阶段”两种分类策略,提取耕地“非农化”信息。研究结果表明,有效选择多种特征变量和算法对于提高监测精度至关重要。在所有测试的模型中,采用Softmax构建的二阶段模型精度最高,最优特征组合为光谱特征+光谱指数特征+纹理特征,特征变量维度减少至12个。总体精度、平均用户精度、平均生产者精度和Kappa系数分别达到94.92%、95.16%、93.15%和0.88。对比2020年和2022年研究区数据,发现耕地转变为非农化用地的面积为146.153 km2,而非农化用地转变为耕地的面积为123.074 km2,导致耕地净减少23.079 km2。综上所述,该研究提出的耕地“非农化”监测方法可以为相关的地物信息提取和耕地资源保护与可持续利用等研究提供技术支持和方法参考。     

青海诺木洪地区多源遥感及多特征组合地物分类

遥感技术是研究土地覆盖类型的重要手段，但大部分研究仅采用单一数据源、少特征，该研究基于GEE环境对多源遥感数据、多特征协同进行地物类型分类研究。采用哨兵一号（Sentinel-1）合成孔径雷达数据、哨兵二号（Sentinel-2）多光谱数据和国产高分二号（GF-2）多光谱数据，构建了青海省诺木洪地区地表8类地物的波段特征、植被指数特征、纹理特征和极化特征空间，利用特征优化算法和RF算法实现了研究区域地物的有监督分类，以此评估构建的多特征空间性能及多源数据协同分类的能力。结果表明，基于Sentinel-1与Sentinel-2数据源，使用多特征空间协同分类时的总体精度和Kappa系数可达到97.62%和0.971 6，精度均高于使用单一数据或部分特征的分类精度（总体精度为95.91%，Kappa系数为0.951 1）。而基于Sentinel-1、Sentinel-2与GF-2数据提取的波段、植被指数、纹理特征和极化特征进行的协同地物分类结果总体精度达到了96.67%，Kappa系数达到了0.960 2。总体上，基于多数据源、多特征协同分类结果精度要优于单一数据源或少特征分类结果，而不同空间分辨率图像提取的纹理特征对分类结果有着不同影响，在适宜的分辨率下提取纹理特征参与分类才能达到更好的效果。     

面向对象的丘陵区水田遥感识别方法

中国南方丘陵区地形破碎,地物分布复杂,丘陵区水田的光谱特征相对于平原区较混杂,传统的基于像元的遥感数据获取受异质性因素的影响,无法利用单一时(季)像及特定的图像自动识别规则提取精度较高的水田分布信息。针对这一问题,该文基于多时像HJ-1A/1B卫星图像,结合地面调查,以湖南省湘潭市为研究区,在易康(e Cognition)软件平台上分别以光谱特征为主要参考的多层最邻近分类法和以在特征知识库支持下的决策树分类法对丘陵区水田进行图像识别。结果表明:分层最邻近分类法比单一最邻近分类提取的精度高,但在相同分割尺度下,利用特征知识库支持下的决策树分类提取水田的精度达到最高,为90.25%,总Kappa系数为0.79,说明特征知识库支持下的决策树分类方法比最邻近分类法更加适合丘陵区水田的遥感识别。