深度学习U-Net方法及其在高分辨卫星影像分类中的应用

高分辨率遥感影像有精确的几何结构和空间布局,但是光谱信息有限,增大了对光谱特征相似地物的分类难度。针对高分辨率遥感影像分类的问题,采用深度学习U-Net模型分类方法。基于黑河下游额济纳绿洲高分二号遥感影像,通过U-Net模型提取胡杨、柽柳、耕地、草地和裸地五种地物覆被类型,分类总体精度和Kappa系数分别为85.024%和0.795 6,并与传统的支持向量机（SVM, Support Vector Machine）和面向对象的分类方法比较,结果表明：相对于SVM和面向对象,基于U-Net模型的高分辨率卫星影像地物覆被分类,能够更好地对地物本质特征进行提取,分类效果较好,满足精度要求。     

结合地籍数据的高密度城区面向对象遥感分类 

利用高分辨率遥感影像和GIS辅助数据,对高密度城区进行面向对象的土地利用覆被分类研究。使用NAIP高分辨率航空遥感影像,在多尺度影像分割的基础上,针对特定地物选择合适的影像分割参数。采用决策树方法建立高密度城市地区的分类规则,并结合该地区地籍图数据作为辅助数据,逐步进行高密度城市地区地物信息提取。利用辅助数据进行面向对象的遥感分类效果优于单纯依靠遥感影像进行的分类,且有效提取了道路和复杂的房屋等信息,得到了理想的分类结果,其总分类精度从常规面向对象方法的84.08%提高到89.79%。利用辅助数据进行遥感分类提高了高分辨率遥感影像的分类精度,说明了利用辅助数据进行遥感分类方法的有效性。     

基于面向对象技术的鄱阳湖湿地地物分类研究

使用RadarsatＧ２全极化雷达数据,基于面向对象技术对图像进行分割,分析各类地物的散射特征,并对分割对象进行特征提取,依此设计各类地物的提取因子并对鄱阳湖湿地进行地物信息提取,最后利用实地采样数据和同期的高分一号影像数据对分类结果进行验证.研究表明:采用面向对象技术并结合地物散射特征设计的提取因子,可以有效克服雷达图像分类中常见的斑点现象,提高湿地分类精度.     

基于形态学阴影指数的高分二号影像建筑物高度估计

高分二号卫星是我国自主研发的高分辨率对地观测卫星,分辨率达到亚米级。利用高分二号卫星遥感影像,结合数学形态学和面向对象分类的思想进行城市建筑物高度估计。首先,利用多尺度分割将影像分割成对象;进而结合光谱、形状、形态学阴影指数(MSI)等特征面向对象进行分类,相对准确提取出建筑物的阴影并计算阴影的长度;最后,结合影像成像时的卫星、太阳和建筑物的几何关系模型进行建筑物高度估计,并利用实地测量数据进行精度评价和误差分析。结果显示,90%的估计结果绝对误差小于1m,说明该方法可以有效地从高分二号影像中提取建筑物高度,展现了国产高分辨率遥感影像提取城市建筑物信息的巨大潜能。     

基于激光雷达和航拍影像的城市地物分类研究

航拍影像富含光谱信息、纹理信息和空间信息,机载LiDAR(Light Detection and Ranging)能够提供地物的三维信息。综合利用两类数据的优势,研究了一种面向对象的城市地物分类方法。通过预处理将LiDAR点云转换成二维栅格数据,与航拍影像进行配准;结合光谱信息和高度信息对研究影像进行多尺度分割,依据最优分割尺度计算模型选择最优分割尺度;对分割对象提取各类特征,采用XGBoost算法进行特征选择,选择支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类器进行分类,为体现XGBoost算法的优势,借助SVM分类器与Relief和RFE两种传统的特征选择算法比较;基于一定规则将阴影区域地物区分以及合并到真实地物类别中,实现最终的城市地物分类。在3个区域测试分类方法,结果表明本文研究方法可行有效,能够较好地应用于城市地物分类。     

基于面向对象方法的沙化土地遥感信息提取技术研究

针对基于像元光谱特征提取沙化土地信息分类精度偏低的问题,以Landsat\|5 TM为数据源,基于面向对象的方法对沙化土地遥感信息提取技术进行研究。首先采用多尺度分割法对影像进行分割以获得同质区域,然后结合野外调查数据制成不同地物类型的多种特征图,从而确定提取目标地物的特征并建立沙化和非沙化地物提取决策树,最后对影像进行模糊分类,并对分类结果进行精度评价。结果表明,基于面向对象提取沙化土地信息的总精度达84.89%,Kappa系数为0.8077。研究结果为后续深入研究奠定了基础。     

基于面向对象的遥感影像分类研究——以河北省柏乡县为例

遥感作为提取土地覆盖类型的主要手段对监测土地利用变化和制定国家政策具有重要意义。通过利用影像的光谱、形状和纹理信息,面向对象分类方法能够比基于像元的分类方法提供更高精度的数据。基于高分一号卫星数据提出一种自动计算最优尺度的方法,基于多尺度分割和3种监督型机器学习算法对研究区典型地物类型(农田、裸地、居民区和道路)进行面向对象分类,并用总体精度和Kappa系数对分类结果进行精度评价,分析了分类精度与训练样本占总样本比例的关系。研究表明,面向对象分类方法在训练样本占总样本比例较小的情况下就可以取得较高的分类精度,总体精度高于94%。总体来看,支持向量的分类精度比神经网络和决策树的分类精度高。     

多尺度分割的高分辨率遥感影像分类对比研究

为进一步提高高分辨率影像地物分类精度,以高分2号卫星影像为研究数据,根据高分2号卫星遥感影像光谱信息以及高空间分辨的结构特点,从遥感影像数据分割的尺寸效果及其各种地物显著特征着手,通过局部方差法寻求出各类地物的最优分割尺度,并建立尺度网络层,利用继承进行多尺寸下多特征的整体融合,在最优尺度层下根据光谱特征、形状特征对高分2号影像进行多特征融合与多尺度分割实验,并在此基础上进行了典型地物的分类对比研究。结果表明多特征融合多尺度分割能够较好利用高空谱信息提高地物分类精度。     

整合无人机和面向对象的农村居住环境信息提取

无人机遥感和面向对象图像分析技术在环境监测中得到越来越多的发展。然而在科学文献领域,使用无人机和面向对象制图农村居住环境的文献仍然很少。因此本研究构造一个整合框架用于提取农村居住环境中各类地物信息。首先利用尺度参数评估(ESP, Estimation of Scale Parameter)工具和专家判断来确定最优分割尺度参数;然后分别采用专家规则集和监督分类算法提取农村居住环境中各类地物;最后采用基于面的精度评价方法对分类性能进行评估。结果表明,利用ESP工具和专家判断确定最优分割尺度是可行的。总体精度为75.19%,说明基于规则的提取方法对研究区各类地物的提取效果不佳。但在农村居住环境中利用模板匹配结合阈值规则对太阳能热水器提取精度达92%。分析训练样本和特征对随机森林(RF,Random Forest)、支持向量机(SVM, Support Vector Machines)和K最近邻 (KNN, K-Nearest Neighbor) 分类器分类结果的影响,说明RF分类器对农村居住环境分类效果最好,总体分类精度高达91.34%。研究结果表明:该框架在农村居住环境地物提取方面是一种有价值的工具。     

利用辅助数据的荒漠区高分辨率遥感分类研究

使用美国NAIP高分辨率航空遥感影像,在多尺度、多变量影像分割的基础上,采用决策树方法建立干旱区半干旱区的荒漠分类规则,并结合水系、道路等辅助地理数据进行干旱区半干旱区面向对象遥感分类.选择位于美国亚利桑那州菲尼克斯大都市区的周边典型荒漠地区为实验区,利用河流、道路等辅助数据进行面向对象遥感分类效果要优于单纯依靠遥感影像的分类,能够有效地提取季节性河流和简易道路.研究对美国亚利桑那州菲尼克斯都市区周边的同一荒漠地区进行了实验,利用决策规则有效提取植被和荒地,以及提取简易道路和土壤,分类总精度从常规面向对象分类方法的82.85％提高到92.45％.研究结果表明:本文提出的分类方法对荒漠地区的泥土路和灌木及其整体分类精度有较大提高.利用辅助数据进行遥感分类可以改善特定研究区的高分辨率遥感影像分类精度.     

基于面向对象的高分影像分类研究

遥感技术已经成为实现地表信息提取的主要手段。以高分辨率影像为主要数据源,采用面向对象的多尺度分割算法,根据对象的光谱、形状等特征,实现了面向高分遥感数据的土地利用分类算法。该算法结合了面向地物对象和综合对象特征的分类方法,充分发挥了高分辨率影像进行精细地物分类的优势,得到了高精度的分类结果。通过西双版纳纳板河流域国家级自然保护区实例验证表明:该算法总体精度达到88.58%,Kappa系数达到0.77,精度符合应用要求,能够实现土地利用高精度、快速的分类。     

基于纹理信息CART决策树的林芝县森林植被面向对象分类

以西藏自治区林芝县的Landsat-8影像、地形图为信息源,结合样地调查数据及森林资源二类调查数据,研究基于纹理信息的CART决策树的面向对象分类对研究区内的森林地物类别进行提取,分类的总体精度和Kappa系数分别为82.53%和0.768,相较于不利用纹理信息的决策树分类和基于最大似然分类法的研究区地物类别的提取总体精度均高近10%,Kappa系数分别高0.12和0.111。结果表明:基于纹理信息的CART决策树面向对象分类方法对研究区Landsat-8影像进行植被类型提取,分类结果较好,能够满足研究要求。     

基于资源三号影像的红树林物种分类研究

选取北部湾的东部地区(广东省和广西壮族自治区交界处)为研究区,探索利用资源三号卫星影像,建立大范围红树林遥感信息提取和精细分类模式。首先根据地物波谱特征提取水陆边线,并建立缓冲区生成红树林生长适宜区;再通过基于面向对象的阈值分类方法提取红树林植被信息;最后采用基于像元的最近邻、贝叶斯和随机森林方法对红树林进行树种级分类。结果表明:采用结合阈值法的面向对象遥感分类可以对整景资源三号卫星影像准确提取水陆边线并有效提取红树林分布区,采用基于像元的随机森林法对红树林树种级分类可以得到较好的分类效果(总体分类精度82.84%),优于最近邻法和贝叶斯法。基于混合方法的红树林提取与树种分类模式适用于大范围的红树林分类与制图,同时也证实了资源三号卫星数据应用于海岸带红树林研究的有效性。     

基于遥感和陆表信息集成的广东省土地覆盖分类方法研究

土地覆盖信息是估算地-气间的生物物理过程和能量交换的关键参数,也是区域和全球尺度气候和生态系统过程模型所需要的重要参量。如何高效地利用遥感数据提取土地覆盖信息是当前研究迫切需要解决的问题。面向对象的分类方法不但充分利用了遥感数据的光谱信息,同时也利用了影像的纹理结构信息和更多的地物分布信息关系,在遥感分类中具有较大的潜力。研究基于2010年多时相的环境卫星数据、TM数据以及DEM数据,并结合地表采集的4000多个样点数据,采用面向对象的分类方法对广东省土地覆盖进行分类。经采样验证,广东省土地覆盖平均精度为85%,分类结果精度远高于常规的分类算法,说明结合陆表信息的面向对象分类方法比常规的分类算法更具有优势,可以实现高精度的土地覆盖分类。     

面向对象分类方法在铁尾矿堆快速提取中的应用研究

以黄石市大冶铁矿区为例,利用面向对象分类方法进行铁尾矿堆信息快速提取试验研究。首先,根据WorldView-2影像特点,充分利用其丰富的光谱特征及精确的空间形状特征进行图像分割,突出影像对象边缘、重现地物实际存在情况;其次,分析影像对象的光谱、形状、纹理、拓扑关系等特征信息,建立分类规则进行分类,提取出尾矿堆信息。为了进一步提高分类精度,可以利用eCognition软件RS/GIS数据集成功能,在面向对象分类结果上进行目视解译。试验证明,面向对象分类方法适用于提取矿区尾矿堆信息,是高分辨率遥感影像自动分类的理想选择。     

地物大小、对象尺度、影像分辨率的关系分析

遥感数据的分辨率越来越高, 给地物信息提取提出了新的挑战。利用基于像元的分类技术和基于多尺度分割的面向对象分类技术对高分辨率影像进行分类实验, 分析地物大小、对象尺度与影像分辨率的关系。实验结果表明不同地物由于其空间尺度不同, 与之相适宜的空间分辨率和对象尺度也不同, 在适宜分辨率的影像提取有较高的精度, 在适宜的对象尺度上提取对象信息有更高的精度。分析也表明面向对象的多尺度影像分类技术适应了不同地物有其相适宜的空间分辨率, 在适宜尺度影像层中提取地物, 其分类精度大大高于基于像元的分类方法。     

基于面向对象的多源卫星遥感影像玉米倒伏面积提取

风灾引起的玉米倒伏可能导致玉米大量减产,利用遥感技术准确监测玉米倒伏面积与空间分布信息对灾情的评估非常重要。利用Planet和Sentinel-2影像分别结合面向对象与基于像元方法提取研究区玉米倒伏,同时评估了不同影像特征（光谱特征、植被指数和纹理特征）与不同分类方法（支持向量机法SVM、随机森林法RF和最大似然法MLC）对玉米倒伏提取精度的影响。结果表明：(1)使用高空间分辨率的Planet影像进行玉米倒伏提取的精度普遍高于Sentinel-2影像;(2)从分类精度和面积精度来看,Planet影像的光谱特征+植被指数+均值特征结合面向对象RF分类,总体精度和Kappa系数分别为93.77%和0.87,面积的平均误差最低为4.76%;(3)采用Planet和Sentinel-2影像结合面向对象分类提取玉米倒伏精度高于基于像元分类。研究不仅分析了面向对象方法的优势,还评估了使用不用影像数据结合面向对象方法的适用性,可以为遥感提取作物倒伏相关研究提供一定的借鉴。     

基于关联规则的面向对象高分辨率影像分类

以北京市昌平区Geoeye-1高分辨率遥感影像为试验数据,研究了关联规则挖掘和面向对象相结合的地物分类方法。首先探讨了关联分类法的原理,再通过图像分割、特征提取、关联规则挖掘、分类器构建一系列过程实现了基于关联规则的面向对象高分辨率影像分类,最终评估分类精度并与K-近邻法进行了对比。结果表明,该方法具有较好精度,能够在一定程度上摆脱地物分类对于专家知识的依赖。     

面向对象的高分辨率影像分类与信息提取

采用面向对象遥感影像分类方法对高分辨率遥感影像进行了信息提取实验,并将其与基于像元方法的信息提取结果进行了对比分析。实验研究表明,在目视效果上,传统方法的分类结果图中“椒盐现象”非常明显,而面向对象方法可以有效地避免“椒盐现象”;在分类精度上,面向对象方法分类结果的总体精度、Kappa系数、生产者精度、用户精度、Hellden精度和Short精度均明显高于传统方法,各类地物提取效果显著提高,总分类精度提高21.76%,Kappa系数提高0.2756。面向对象方法在高分辨率遥感影像信息提取中具有明显的优势。     

高分辨率遥感影像道路提取

针对实际应用中高分辨率遥感影像道路提取自动化程度低的现状,提出了一种半自动的高分辨率遥感影像道路提取方法。方法采用数据预处理、尺度分割、分类以及形态优化的工作流程,对高分一号遥感影像进行道路半自动提取。数据预处理利用NDWI、DNVI获得道路潜在区域,边缘增强突出道路边缘信息;采用多尺度分割切割道路潜在区域,尺度对比法获得道路最优分割尺度;主要依据道路的光谱特征、形状特征制定分类规则集进行分类;运用形态学开启运算、闭合运算优化道路形态。实验结果表明:在样本区域内提取精度达到90%,整景影像提取精度达到80%,且可推广到具有陕北地区地貌特征的高分一号影像道路快速提取应用中。