高分辨率遥感影像信息提取与目标识别技术研究

作者根据多年的基于JX4数字摄影测量系统和Photoshop的生产实践,对DEM和正射影像制作过程中经常遇到的问题进行了分析归纳,总结了提高正射影像质量的行之有效的方法.     

地块尺度的山区耕地精准提取方法

山地丘陵区域耕地资源稀缺,耕地碎片化现象严重,耕地地块细小狭窄且结构复杂,导致了地块级别的耕地信息难以快速、精准获取,阻碍了基于高分辨率遥感影像的精准数字农业服务在山地丘陵地区的应用。现有基于边缘检测/语义分割的耕地提取方法忽略了地块的结构化特征,对于狭长地块提取效果不佳,存在边界模糊问题。针对上述问题,该研究以西南山区湖南省邵东县为研究区,提出一种面向地块尺度的山区耕地遥感影像高精度提取方法。该研究模型主要有以下特征：1）将耕地边缘作为独立于耕地地块外的新类别,使得语义分割能够更好地区分耕地地块边缘和内部区域;2）级联语义分割网络和边缘检测网络,实现耕地边缘线特征和面特征的融合,使耕地边缘特征强化,提高耕地地块边缘检测精度;3）针对高分影像中耕地边缘像素远少于耕地内部像素问题,借助聚焦训练方法,使模型在训练过程中更加关注边缘像素,提高边缘检测精度。试验结果证明,该研究提出的方法在测试集上分类准确率和交并比分别为92.91%和82.84%,相比基准方法分别提升4.28%和8.01%。该研究所提取的耕地地块相比于现有方法更符合耕地的实际分布形态,为地块尺度的耕地信息精准提取提供了实用化方法。     

新疆干旱区湿地景观格局遥感动态监测与时空变异

为了解和掌握全球变化环境下中国干旱区湿地的分布现状、变化过程和时空格局特征,该文通过多源遥感技术手段,采用面向对象分类方法和目视解译相结合,完成了干旱区湿地信息的多期监测,实现了新疆地区2000、2005和2010年的湿地分布制图,并利用动态度模型和地统计方法计算了近10 a时空变化情况,分析了湿地变化的时空特征。研究结果表明:1)近10 a来全疆干旱区湿地约增加了10.1%,2010年新疆湿地总面积达到22 438 km2,较2000年约增加了2 065 km2;2)在类型构成上,2010年河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地和人工湿地所占比例分别为42.73%、29.43%、17.98%、8.92%和0.94%;3)在空间分布上,南北疆呈现不均衡,南疆湿地约占总体的76%,北疆湿地仅占24%;主要分布在塔里木流域,以河流湿地为主,空间分布差异显著;4)新疆湿地面积总体上呈增多的趋势,不同类型的湿地面积变化幅度差异较大。沼泽湿地和人工湿地的动态度分别为:2.58%、2.43%,河流湿地与湖泊湿地的动态度为:0.59%、0.43%;净增量最大的是沼泽湿地和河流湿地,分别增加了827.92和531.86 km2,占湿地净增量的65.85%。在变化原因上,全球变暖、新疆区域气温升高和降水增多是湿地近年来增加的主要原因;人类活动的干扰,加剧了湿地变化的复杂性和空间差异性。研究结果可为区域生态环境变化研究以及湿地资源的保护规划提供数据支持和结论参考。     

基于MPI的遥感影像高效能并行处理方法研究

采用基于不同尺度下的面向特征基元的影像分析方法对高分辨率遥感影像进行基于MPI的处理,即在对常规的影像数据划分方法进行总结分析的基础上,提出了基于特定环境下的非均匀数据划分策略;在进行基于影像数据库的MPI并行处理时,提出了一种新的数据流分配方法。处理结果表明,这两种方法均能够在一定环境下取得比常规方法更高的效率。     

基于地块特征基元与多时相遥感数据的冬小麦播种面积快速提取

冬小麦播种面积监测是农情遥感的重要研究内容之一,及时、准确地获取冬小麦的播种面积对冬小麦产量估算具有重要的意义。该文在面向对象技术的支持下,首先利用融合的高空间分辨率SPOT5遥感影像提取农田地块专题层信息;然后在专题层控制下对多时相的ETM+遥感数据统一尺度分割,得到不同时相遥感影像相同形状的地块特征基元;通过光谱特征规则集构建不同时相的冬小麦信息提取模型,实现对各个时期冬小麦播种田块对象的提取;最后通过交叉验证,确定最终的冬小麦播种面积。结果表明,该方法能够快速获得冬小麦播种面积,总体精度达到90%以上,基本上能够满足农情遥感监测的需求,为冬小麦种植面积遥感快速监测提供了一种可行的方法。     

面向公众的智能网络电子地图服务

介绍了网络电子地图的设计流程,包括前台搜索引擎网站,后台的地图管理平台和二级管理平台,重点强调了该电子地图实现的新功能,并在此基础之上分析了实现智能化电子地图的关键技术以及基本功能,最后对智能化网络电子地图进行了总结和展望。     

基于国产高时空分辨率卫星影像的作物种植信息提取研究

在面向对象技术支持下,首先利用高空间分辨率ZY-3遥感影像提取农田地块专题信息;然后在地块边界控制下以地块对象为单元融入HJ-1及GF-1中分传感器的多时相光谱信息,获取作物生长关键期内的时间序列光谱特征;最后,结合不同作物的物候差异性规律构建作物种植信息提取模型,对甘蔗和水稻进行识别。结果表明,所有地类的总体分类精度为86.80%,Kappa系数为0.84,总体分类效果良好。甘蔗的制图精度和用户精度分别达到92.11%和90.91%,水稻的制图精度和用户精度分别达到88.89%和90.91%。说明协同利用国产卫星的高空间和高时间分辨率影像数据提取作物种植信息确实可行,可作为作物种植面积和种植结构的精细化、快速调查方法。     

时空协同的地块尺度作物分布遥感提取

地块尺度作物分布信息清晰直观地反映了农田位置、空间形态等空间细节和种植类型信息,对精准农业管理、种植补贴发放和农业资源调查等具有重要价值。虽然遥感时空协同思路为地块尺度作物分布提取提供了解决方案,但在农田地块提取和时序特征构建方面尚存在不足。该研究基于遥感时空协同的思路,以Google Earth高空间分辨率影像为底图,利用擅于学习影像视觉特征的D-LinkNet深度学习模型,快速、精准提取农田地块形态;以地块为观测单元,利用Landsat8和Sentinel-2多源遥感的"碎片化"无云数据构建地块时序数据集,基于加权Double-Logistic函数重建地块归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)时序曲线;提取地块物候特征和多时相光谱特征,经过特征优选和随机森林分类模型构建,开展地块尺度作物分布制图。以广西扶绥县为研究区开展试验,共提取地块43.7万个,边界准确率为84.54%,相较于常规基于多尺度分割的地块提取,基于D-LinkNet的地块提取方法直接排除了非农田地物的干扰,地块形态与现实情况符合度更高;地块NDVI时间序列重建结果能够较好地捕捉作物开始生长、旺盛期、成熟收获期的动态变化趋势;分类特征重要性评价结果显示,红边特征、与时间相关的物候特征在分类中发挥重要作用,当联合物候特征和光谱特征时分类效果最佳;根据特征重要性分析不同特征数量情况下的分类精度,当特征数量大于40维时,作物分类精度和Kappa系数保持稳定,总体分类精度维持在88%左右;对扶绥县地块尺度作物分布进行制图,提取甘蔗地块277 421个、水稻地块33 747个、香蕉地块4 973个、柑橘地块102 055个,分别占农田地块总数的63.48%、7.72%、1.14%、23.35%,种植面积占比分别为69.78%、7.12%、1.71%、18.06%。该研究在理论上构建了遥感时空协同的地块尺度作物分类模型,为大范围、地块尺度作物分布遥感提取提供了实用化方案。     

基于高时空分辨率遥感数据协同的作物种植结构调查

[目的]充分发掘遥感影像的空间、时间和光谱等特征谱信息,探索地块基元支持下的多源遥感数据作物种植信息自动识别方法,为作物种植结构信息的快速、精细化调查提供借鉴.[方法]以广西扶绥县为研究区,通过对高空间分辨率影像的多尺度分割和对象廓线编辑,提取精细农田地块信息;以地块为基元获取覆盖作物生育期内的时序光谱特征;基于时序光谱及其变化定义与作物长势状况相关的描述参量,形成静态光谱与动态过程特征结合的多维特征空间,结合作物的物候节律特征构建作物种植信息提取模型,实现主要农作物种植结构信息的提取.[结果]依据上述方法绘制出广西扶绥县甘蔗、水稻和其他作物农田及草地、林地、水体、城镇建设用地等的精细地块图,其中,提取广西扶绥县甘蔗和水稻作物的总面积分别为82420.01和6806.67 ha,作物提取的总体分类精度为86.8%,Kappa系数为0.84.[结论]提取的广西扶绥县作物种植结构的成果满足使用精度要求,可为精准农业补贴投放、农业灾害定损等政策制定提供依据,而技术方法对于作物种植结构信息的快速、精细化调查具有借鉴意义.