结合光学与雷达影像多特征的热带典型人工林树种精细识别

【目的】结合Sentinel-2光谱特征、纹理特征和Sentinel-1雷达后向散射特征,开展光学与雷达影像协同人工林树种分类研究,评价不同数据源和不同特征在树种分类中的作用,获取最优分类策略,为热带典型人工林树种精细识别提供新的技术途径。【方法】获取Sentinel-2光学影像43个光谱特征,将优选的Sentinel-2光谱特征与Sentinel-2纹理特征、Sentinel-1雷达后向散射特征组合,采用随机森林分类算法对研究区橡胶林、油棕林和桉树林进行精细提取,并评价不同特征对人工林树种识别的贡献。【结果】1)选择重要性排名前17的Sentinel-2光谱特征参与分类时,OOB score达最高值0.947 2,其中Sentinel-2的蓝波段、红边和近红外波段及其相应的植被指数在树种识别中重要性较高; 2) Sentinel-2纹理特征和Sentinel-1雷达后向散射特征对于不同树种均具有一定差异性,可作为树种分类的有效特征; 3)仅利用Sentinel-2光谱特征对橡胶林、油棕林和桉树林的区分度有限,生产者精度和用户精度的调和平均值(F1)分别为0.70、0.74和0.61;结合光谱特征、纹理特征和后向散射特征,3种人工林的分类精度达到最高,F1均大于0.80,同时其他地物的分类精度也有较大提高,总体分类精度为0.85,Kappa系数为0.83。【结论】Sentinel-2光学影像的光谱特征是树种识别的重要基础,Sentinel-2光学影像派生的纹理特征及由Sentinel-1雷达影像提取的后向散射特征可为不同人工林树种识别提供有益补充。考虑到Sentinel-2和Sentinel-1较高的时间分辨率和空间分辨率,同时结合其光谱特征、纹理特征和后向散射特征对热带典型人工林树种进行精细识别具有极大潜力。     

基于多源遥感数据的森林蓄积量估测研究——以北方孟家岗林场为例

以北方孟家岗林场的落叶松人工林为研究对象，引入遥感技术作为一种更高效、适用于大区域的遥感监测方法，利用Sentinel-1和Sentinel-2遥感数据，提取光谱特征、纹理特征、植被指数和后向散射系数等特征指标，基于Pearson相关系数和距离相关系数这两种特征选择方式，结合KNN、SVR和RF等3种机器学习模型，开展了6种人工林蓄积量估测方案的对比。研究表明：遥感数据源对模型的估测精度影响最大；以单一Sentinel-1数据作为来源的模型估测精度最低，而基于Sentinel-1和Sentinel-2综合数据的估测模型精度最高，其中RF回归模型结合DC特征重要性评价方案获得了最佳的蓄积量估测结果，R_RMSE和R²分别为22.94%和0.59。利用特征选择的方式结合多源遥感数据可以有效提升模型精度和泛化能力，得到更优的人工林蓄积量估测结果，为森林资源的保护、管理和可持续利用提供科学依据。     

基于机器学习森林生物量反演的哨兵数据精度对比

选取美国弗吉尼亚州东南部和北卡罗来纳州东北部的迪斯默尔沼泽作为研究区,基于Sentinel-1雷达数据和Sentinel-2光学数据,在对影像特征因子提取的基础上,采用随机森林构建生物量反演模型,对比分析了森林地上生物量反演精度。结果表明：基于Sentinel-2影像的随机森林模型的R²、RMSE分别为：0.707、39.521 t/hm²;基于Sentinel-1影像的随机森林模型R²、RMSE分别为：0.601、38.536 t/hm²。从整体来看,不同的变量参与到模型建模最终导致的精度各不相同,基于Sentinel-2影像建模的精度总体上高于基于Sentinel-1影像建模的精度。     

高光谱数据森林类型统计模式识别方法比较评价

在我国东北地区获取EO-1 Hyperion高光谱数据,以高空间分辨率的全色SPOT-5数据及其影像分割结果为辅助,通过外业测量获取真实可靠的森林类型空间分布数据.以这些数据为地面实状数据,对现代先进的统计模式识别方法用于森林类型识别的效果进行比较评价,总结可以有效解决有限样本条件下高光谱分类问题的基于统计模式识别的森林类型分类技术方案.评价结果表明:对高光谱数据进行降维处理,并采用更加有效的二阶统计量估计方法,进而应用将空间上下文信息和光谱信息相结合的分类算法,如ECHO,可以有效提高高光谱数据森林类型的识别精度.     

基于多时相Sentinel-2影像和SNIC分割算法的优势树种识别

【目的】探究将简单非迭代聚类超像素分割算法(SNIC)融合到基于多时相数据的树种分类问题中,并对比分析不同时相数据组合对分类结果的影响,实现更高效、更精准的优势树种识别。【方法】以内蒙古旺业甸林场为研究区,在Google Earth Engine(GEE)云计算平台上利用多时相Sentinel-2多光谱数据提取波段反射率特征和光谱指数特征,采用SNIC和支持向量机(SVM)机器学习分类方法,实现面向对象的优势树种识别,并分析不同时相数据组合对优势树种识别精度的影响。【结果】多时相数据组合的分类精度明显高于各季节单时相数据。对比不同多时相数据组合分类结果,春、秋2个季节时间序列组合数据的分类精度与多季节组合数据结果相近,总体精度分别为94.5%、95.0%和95.8%。【结论】基于多时相Sentinel-2影像和SNIC分割算法的面向对象分类方法能够快速、准确识别优势树种,多季节组合数据的分类结果最优,春、秋2个季节时间序列数据也能获得较好分类结果,总体精度与最优结果差距较小。     

激光雷达和高光谱遥感技术在树种识别中的应用

快速准确识别树种是研究和保护森林资源的基础,通过遥感技术进行树种识别已成为森林调查重要手段之一。激光雷达数据可以提供森林垂直结构的信息,而高光谱遥感数据可以提供树木详细的光谱信息,因此联合激光雷达和高光谱数据能够提高树种分类精度。文中阐述了激光雷达和高光谱遥感在森林树种识别中的研究现状,总结了单一遥感源进行树种识别的优缺点,介绍了联合激光雷达和高光谱遥感数据的树种识别方法,最后从数据平台、数据提取、数据融合及识别模型等4个方面探讨了当前树种识别研究中面临的问题以及未来的研究方向,旨在为提高树种识别精度提供参考。     

多源荧光光谱数据融合下的淡水浮游植物分类识别方法

淡水浮游植物分类识别过程中,主要采用单一的荧光光谱数据进行特征提取,所得特征信息较 为片面,分类识别结果的F1 分数偏低。为此,以多源荧光光谱数据融合为前提,提出一种新型淡水浮 游植物分类识别方法。采用局部线性嵌入算法对多源荧光光谱数据进行降维处理,再通过小波分解 算法提取光谱特征信息。运用独立成分分析算法标记出有效的特征信息,依托于多源荧光光谱数据融 合原理结合有效特征得到全面的光谱特征信息。将光谱特征输入可解决多分类问题的支持向量机模型, 生成淡水浮游植物分类识别结果。实验结果显示,在噪声比例为40%时,文中设计的分类识别方法的分 类识别结果F1 分数依旧为0.95,与其他两种方法相比提高了14.74%和18.95%,分类结果更加准确。     

基于Sentinel-2数据的塞罕坝机械林场落叶松人工林提取

塞罕坝机械林场是我国大型国有林场,落叶松是林场森林经营管理的主体,快速准确提取落叶松人工林分布对林场的经营和管理具有重要意义。基于传统单机模式下的遥感影像分类耗时长、效率低下,随着地理信息大数据、云计算时代的到来,Google Earth Engine(GEE)作为地理空间分析平台的先行者,为遥感影像分类带来新的机遇。基于GEE平台,使用Sentinel-2数据实现塞罕坝机械林场主要树种遥感影像分类。通过对塞罕坝机械林场2019年全年309景Sentinel-2影像数据预处理,计算比值植被指数、纹理特征、地形特征,并对各特征进行优选,构建多特征分类数据集。以此为基础,比较最小距离法、决策树和随机森林分类器下的分类精度。结果表明,GEE相较于单机影像分类模式具有显著的优势;最小距离、决策树和随机森林分类器下的分类精度分别为80%,83%和92%,随机森林分类器更适合复杂的遥感分类任务。     

遥感技术在森林树种多样性监测中的应用研究进展

树种多样性的快速、有效监测能够促进生物多样性保护与研究以及森林可持续管理。遥感技术正逐渐成为森林生物多样性大面积快速监测的新兴手段,为树种多样性空间格局信息的快速提取提供了有力保证。以数据源为线索,文中系统阐述了近年来多光谱遥感、高光谱遥感、激光雷达、微波遥感及多源遥感协同方法在树种多样性监测中的应用研究现状,并从数据源、数据平台、遥感异质性指数、数据时间特征和监测模型5个方面讨论了森林生物多样性遥感监测研究的发展趋势,旨在为生物多样性遥感监测研究提供有益启示。     

基于高光谱和激光雷达数据的林分类型识别

【目的】探讨随机森林、支持向量机分类器下机载高光谱影像和激光雷达点云数据源对林分类型识别的影响,并检验叶绿素在林分类型识别中的作用,为提高林分类型分类精度提供科学依据,为森林资源管理和监测提供技术支持。【方法】以东北林业大学帽儿山实验林场老山施业区为研究区,以机载高光谱影像和激光雷达点云为数据源,在多尺度影像分割基础上,从高光谱影像中提取光谱、纹理和叶绿素指数等特征,从Li DAR点云中提取高度、强度等特征。通过随机森林的特征选择,选取重要性较高的特征变量,在随机森林和支持向量机分类器下,以影像分割数据为试验样本,设置6种分类方案(随机森林分类器下高光谱影像与激光雷达点云数据结合、高光谱影像数据、激光雷达点云数据,支持向量机分类器下高光谱影像与激光雷达点云数据结合、高光谱影像数据、激光雷达点云数据),对阔叶混交林、樟子松林、落叶松林、红松林和蒙古栎林5种林分类型进行识别,比较不同分类器下不同数据源的分类效果。【结果】高光谱影像数据共提取34个特征变量,激光雷达点云数据共提取72个特征变量,经特征选择后,高光谱影像数据和激光雷达点云数据各选取11个重要性较高的特征(共22个),其中高光谱影像数据提取的归一化植被指数(NDVI)重要性最大。6种分类方案中,随机森林分类器下高光谱影像与激光雷达点云数据结合的分类精度最高(88.02%),支持向量机分类器下激光雷达点云数据的分类精度最低(76.19%)。多源数据协同的平均分类精度(86.22%)高于单源数据(79.98%),随机森林分类器的平均分类精度(82.92%)高于支持向量机分类器(81.19%)。叶绿素指数参与分类后,分类精度提高约3.32%。5种林分类型中,阔叶混交林分类效果最好,平均分类精度为92.62%,红松林分类效果最差,平均分类精度为49.67%。【结论】多数据源较单源数据可更好地提高分类精度,即2种数据协同可以提高林分类型识别精度;单一数据源相比,高光谱影像数据源的分类效果更好,光谱特征是林分类型识别的重要影响因子;林分类型识别时,不同机器学习模型相比,随机森林分类器较支持向量机分类器分类效果更优;叶绿素作为生物化学参数对林分类型识别有积极影响。     

基于Sentinel-2影像的火烧迹地快速提取方法比较研究

利用Sentinel卫星数据,特别是其中对植被敏感的红边波段与短红外波段,针对提取灾后火烧迹地研究不足的问题,选取四川省冕宁县4月20日森林火灾发生前后的Sentinel-2卫星数据,使用不同的提取方法探究识别火烧迹地的潜力,并进行对比研究。实验结果表明,决策树分类法识别火烧迹地的能力最好,提取精度最高,BAI指数次之;其余方法均受道路、房屋和裸体不同程度的影响;用红边波段替换可见光红波段的效果相比原有指数提取效果并无明显提升。研究证明在各类方法中,采用决策树分类法能快速高精度地将火烧迹地准确提取出来。     

基于Sentinel-2B的油松冠层可燃物含水率反演研究

森林火灾的发生与植被冠层可燃物含水率的大小有着密切联系。利用高精度、大尺度、高效率的遥感影像反演获取植被冠层可燃物含水率对于有效防治森林火灾具有重要意义。油松由于其自身理化性质成为引发森林火灾的主要树种之一，以张家口崇礼区的油松为研究对象，基于Sentinel-2B遥感影像和油松含水率实测数据，建立了多个油松冠层可燃物含水率反演模型：一元线性回归模型、一元非线性回归模型和多元非线性回归模型，并利用决定系数(R²)和均方根误差(RMSE)进行模型精度评价。结果表明，非线性模型总体上要优于线性模型；通过多个自变量因子建立的多元非线性模型能够更好地反映油松冠层可燃物含水率情况，模型反演精度更高，可以为植被冠层可燃物含水率反演模型方法选择提供一定的理论依据。     

基于Sentinel-1A和Landsat 8数据的区域森林生物量反演

【目的】结合主被动遥感数据,为基于不同遥感数据源、建模算法的亚热带森林生物量建模分析提供新思路。【方法】以湖南省郴州市桂东县2014年Landsat 8 OLI影像、2014年Sentine-1A影像、2014年43块森林资源连续清查固定样地数据为主要信息源,借助于ENVI、SNAP、R等软件,分别采用主动式遥感(Sentinel-1A数据)、被动式遥感(Landsat 8 OLI数据)、主被动相结合(Sentinel-1A数据结合Landsat 8 OLI数据)3种数据集和多元线性回归、随机森林、人工神经网络、袋装算法等4种模型,进行区域森林地上生物量特征变量选取、参数建模、模型精度评价、生物量空间制图。【结果】1)在特征变量选择上,红波段(B4)、红外波段(B5)反射率及纹理特征,归一化植被指数(NDVI),交叉极化(VH)后向散射系数及其纹理特征,在森林生物量反演中具有重要作用;2)4种遥感估测模型精度比较分析表明,无论是单一数据源还是二者结合,随机森林算法预测精度最高,人工神经网络、袋装算法次之,多元线性回归最低;3)3种不同数据源的遥感估测综合精度,按照由高到低的顺序排列,主被动结合被动式遥感主动式遥感;4)桂东县森林生物量平均值为53.68 t/hm2,生物量高( 90 t/hm2)的林分面积比例只有16.03%,主要分布在海拔较高、坡度较陡的东南、西南部。【结论】Sentinel-1A和Landsat 8数据的结合在估测森林生物量方面具有重要作用。     

基于多核极限学习机的遥感影像林地信息提取

高光谱遥感影像包含了大量的波段信息,能够很好地应用于地物的识别。基于单核的高光谱遥感影像极限学习机分类模型,因其实施简单、分类精度高、训练时间短,已被广泛地应用于高光谱遥感影像识别。但是核特征的选取,以及单核特征表达的单一性,限制了模型分类精度的进一步提高。为了解决此问题,受多核极限学习机(MK-ELM)思想的启发,首先使用核方法,提取了遥感影像的多核特征表达;然后利用多核极限学习机理论,同时优化极限学习机结构参数以及多核特征融合系数,获得最优的分类模型。为了说明MK-ELM的有效性,在Indian pines数据集上做了对比实验,该实验证明基于多核极限学习机遥感影像分类模型的分类精度较单核极限学习机有明显地提高,MK-ELM的分类整体精度为80.2%,Kappa系数高达78%;同时将多核极限学习机应用到芷江林场的林地信息提取,其分类精度高达89.1%,Kappa系数达86%。     

基于Sentinel-2A数据的森林覆盖变化研究

【目的】利用Sentinel-2A卫星重访周期短和波段信息丰富的特点,精确高效地获取森林覆盖变化信息,提高森林覆盖变化监测的时效性和精度。【方法】采用Sentienl-2A遥感影像作为数据源,以沅江市为研究对象,结合实地调查数据,选取地物训练样本,利用各地物的光谱指数特征和纹理特征来构建决策树模型进行地物分类,光谱指数包括NDVI、NDWI、NDBI和光谱反射曲线,纹理特征包括均值、方差、信息熵和对比度。对沅江市2016年8月1日和2017年5月18日的两期Sentinel-2A遥感影像数据进行地物分类,计算各地物面积并将两期分类结果中的森林覆盖区域提取出来,分析森林覆盖变化情况。【结果】1)利用光谱指数特征结合纹理特征构建决策树模型对沅江市进行地物分类,其地物总体分类精度为83.62%,Kappa系数为0.825 7,森林制图精度为84.28%,森林用户精度为82.43%,比最大似然法的总体分类精度提升了11.27%,Kappa系数提高了0.133,森林制图精度提高了10.59%,森林用户精度提高了9.58%。2)在2016年8月1日至2017年5月18日期间沅江市森林面积减少了771 hm~2,有854 hm~2森林变为耕地,589 hm~2森林变为芦苇地,412 hm~2森林变为建设用地,105 hm~2森林变为水体。另外,有636 hm~2耕地、257 hm~2芦苇地、243 hm~2建设用地和53 hm~2水体变为森林。【结论】基于Sentienl-2A遥感影像数据,利用光谱指数特征和纹理特征构建决策树模型进行分类,能够有效提升地物分类精度;同时能够提高森林覆盖变化监测的时效性和精度,较为准确地分析森林覆盖变化情况,可为洞庭湖流域地物分类和森林覆盖变化监测提供决策支持。     

基于ASD与Hyperion高光谱数据的主要针叶树种分类研究

以云南省香格里拉市为研究区,对ASD光谱仪实测的4种针叶树种光谱数据采用包络线去除法、光谱一阶微分法和光谱二阶微分法3种波段选择方法得到Hyperion高光谱影像数据的分类特征波段,采用最大似然法、支持向量机2种分类方法对所选的特征波段开展树种识别分类,对原始影像采用光谱角填图分类方法作对比实验。结果表明,基于ASD数据的光谱一阶波段选择方案的支持向量机分类方法精度最高,总体分类精度为81.95%,Kappa系数为0.725 1。采用ASD实测光谱数据能有效指导Hyperion进行树种分类,基于数据尺度和换算方式,一阶微分更适合特征波段选择;与传统的数理统计分类方法和光谱特征分类方法相比,基于机器学习的方法如支持向量机等在高光谱遥感分类中具有更大的应用潜力。     

联合Sentinel-1和Sentinel-2数据反演森林蓄积量

为明确遥感数据源及机器学习模型对森林蓄积量估测的影响,从而提高区域森林蓄积量估测精度.本文以内蒙古旺业甸林场38个落叶松样地与43个油松样地外业调查数据为基础,提取Senitnel-1和Sentinel-2影像光谱和极化等遥感特征信息.根据不同特征组合分别建立支持向量机回归(Support Vector Regress...     

基于FDCT与ELM的遥感影像湿地类型分类——以黄家湖国家湿地公园为例

以黄家湖国家湿地公园为例,利用高分辨率遥感影像数据,研究提出了一种基于FDCT与ELM的湿地类型分类方法。该方法利用湿地遥感影像的光谱特征、纹理特征、空间特征作为ELM的输入数据,将遥感影像进行FDCT变换分解,获得影像的高频曲波变换系数和低频曲波变换系数,选取高频部分曲波变换系数组合作为地物的纹理特征;采用连续可微的Sigmod函数作为学习函数。湿地类型识别实验结果表明,该方法能够快速实现湿地类型的自动分类,总体分类精度达到了86.7%,高于传统SVM方法 76.5%的分类精度,Kappa系数超过0.83,为湿地景观遥感动态监测奠定了较好的研究基础。     

亚热带常绿阔叶林生物量模型及其分析

缺乏阔叶树种生物量模型是影响亚热带常绿阔叶林生物碳库估测精度的重要原因,过去采用其他地区生物量模型估测亚热带常见阔叶林生物碳库,但其是否适用于本地区的阔叶林生物碳库估计仍存在争议。本研究在三明米槠林样地采用标准木结合相对生长方程法建立31株树的生物量模型,收集亚热带其他地区136株阔叶树生物量数据建立亚热带区域生物量模型,并与其他地区生物量模型比较。结果表明:亚热带区域阔叶林生物量模型为ln(AGB)=-1.982+1.209ln(D~2)和ln(AGB)=-2.907+0.932ln(D~2H),树高和胸径关系模型为ln(H)=0.469+1.082ln(d)-0.106ln(D)~2。Chave等建立的以胸径-树高为变量的湿润热带雨林生物量回归模型估算中亚热带森林生物量相对误差小于以胸径为变量建立的模型。Basuki、Brown、Chan、Ketterings和Kenzo等建立的生物量模型对我国中亚热带常绿阔叶林生物量估测精度不高,Ogawa的泰国常绿阔叶天然林生物量回归模型精度最高。该研究表明在利用区域生物量模型来估算中亚热带常绿阔叶林生物碳库应该检验其适用性,特别要考虑到模型的树种样本数量和胸径范围。     

机载LiDAR和高光谱融合实现普洱山区树种分类

[目的]通过机载遥感影像对普洱山区进行植被分类研究,为山区森林经营规划与可持续经营方案的制图提供高效应用途径。[方法]将2014年4月航拍的机载AISA Eagle II高光谱和Li DAR同步数据融合,利用点云数据提取的数字冠层高度模型(CHM)得到树种的垂直结构信息,结合经过主成分分析(PCA)的高光谱降维影像,选用支持向量机(SVM)分类器进行分类。[结果]普洱市万掌山实验区主要树种分为思茅松、西南桦、刺栲、木荷等。融合影像数据分类的总体精度和Kappa系数分别为80.54%、0.78,比单一高光谱影像数据分类精度分别提高6.55%、0.08,其中主要经营树种思茅松的制图精度达到了90.24%。[结论]该方法对山区主要树种的识别是有效的,将机载Li DAR与高光谱影像融合可以有效改善分类精度。