基于卷积神经网络模型Faster R-CNN的遥感影像目标识别研究

目标识别是遥感高分辨率影像时代的重要应用方向。采用深度卷积神经网络对遥感影像学习训练,能够从遥感影像中自动提取出多个具有代表性的典型地物特征以及特征组合,并应用于多变而复杂的遥感影像数据中进行目标分类识别。本研究选用NWPU VHR-10数据应用于Faster R-CNN卷积神经网络模型中,并采用MAP进行评价,研究中得到了较好的检测精度,证明在遥感影像数据中采用深度卷积神经网络进行目标识别有着广阔的应用前景。     

基于卷积神经网络的高分辨率遥感影像目标检测方法研究EI北大核心CSCD

高分辨率遥感影像目标检测作为高分对地观测系统中影像信息自动提取及分析理解的重要内容,对高分对地观测系统应用价值的发挥具有重要影响。卷积神经网络作为最热门的深度学习模型,由于其可以根据海量数据和标注自行进行有效图像特征提取和学习,在训练数据充足的情况下,模型具有良好的泛化能力,能够在复杂多变的条件下依然保持良好的稳健性和普适性。因此,基于卷积神经网络的目标检测架构被相继提出,但现有网络架构多是针对自然图像设计的,相对于自然图像,高分辨率遥感影像存在背景更加复杂、目标尺度更小、同类目标尺度变化更大和影像尺寸更大等特点;将这些网络架构直接用于高分辨率遥感影像目标检测会存在网络目标建议框尺度不匹配,待检影像相对于网络输入过大,以及缺乏训练数据等问题。针对上述问题,论文系统性地开展基于卷积神经网络的高分辨遥感影像目标检测方法研究。主要研究内容如下。     

A-FPN算法及其在遥感图像船舶检测中的应用

光学遥感图像船舶检测主要面临两个挑战:光学遥感图像背景复杂,船舶检测易受海浪、云雾及陆地建筑等多方面干扰;遥感图像分辨率低,船舶目标小,对于其分类与定位带来很大困难;针对上述问题,在FPN的基础上,提出一种融入显著性特征的卷积神经网络模型A-FPN (Attention-Based Feature Pyramid Networks)。首先,利用卷积提取图像特征金字塔;然后,利用顶层金字塔逐级构建显著特征层,抑制背景信息,通过金字塔顶层的细粒度特征提高浅层特征的表达能力,构建自上而下的多级显著特征映射结构;最后利用Softmax分类器进行多层级船舶检测。A-FPN模型利用显著性机制引导不同感受下的特征进行融合,提高了模型的分辨能力,对遥感图像处理领域具有重要应用价值。实验阶段,利用公开的遥感目标检测数据集NWPU VHR-10中的船舶样本进行测试,准确率为92.8%,表明A-FPN模型适用于遥感图像船舶检测。     

遥感影像目标的尺度特征卷积神经网络识别法

高分辨率遥感影像的目标检测与识别，是高分对地观测系统中影像信息自动提取及分析理解的重要内容。针对传统影像目标检测与识别算法中人工设计特征稳健性与普适性差的问题，本文提出基于高分辨率遥感影像目标尺度特征的卷积神经网络检测与识别方法。首先通过统计遥感影像目标的尺度范围，获得卷积神经网络训练与测试过程中目标感兴趣区域合适的尺度大小。然后根据目标感兴趣区域合适的尺度，提出基于高分辨率遥感影像目标尺度特征的卷积神经网络检测与识别架构。通过WHU-RSone数据集对本文卷积神经网络架构与Faster-RCNN架构对比测试验证。试验结果表明，本文架构ZF模型和本文架构VGG-16模型的mean average precision （mAP）分别比Faster-RCNN ZF模型和Faster-RCNN VGG-16模型提高8.17%和8.31%，本文卷积神经网络架构可获得良好的影像目标检测与识别效果。     

基于多尺度形变特征卷积网络的高分辨率遥感影像目标检测

传统的基于滑窗搜索和人工设计特征相结合的目标检测方法难以适用于海量高分辨率遥感图像的目标检测任务。本文提出了一种基于多尺度形变特征卷积网络的目标检测方法,利用可形变卷积网络对具有尺度和方向变化的遥感图像目标进行特征提取,然后对多层残差模块提取出的形变特征进行区域预测和鉴别。具体模型包括两个子网络：①目标区域预测子网络用于从多层深度特征图提取目标候选区域;②目标区域鉴别子网络用于对目标候选区域进行分类和位置回归。本文在光学卫星图像10类目标数据集上对比了多种基于深度学习的目标检测算法,并将训练好的模型用于谷歌地球影像飞机坟场数据集和高分2号、吉林1号数据集的评估,试验结果表明本文方法能够快速准确地对多类目标进行检测,具有较好的稳健性和迁移性。     

基于深度卷积神经网络的遥感图像船只识别

根据遥感图像的特点,针对海面目标难以准确识别的问题,提出了一种基于深度卷积神经网络的船只识别方法.首先利用分类网络进行图像的预分类,然后在分类结果的基础上,构成双通道的识别体制,识别网络采用Faster R-CNN.针对受云雾遮挡的船只识别问题,利用改进的深度卷积神经网络结构开展网络训练与调优,处理结果的F1-Score最高可达0.7253.训练的网络模型表现出很好的船只目标识别能力,处理结果证明了该方法的有效性与准确性.     

级联卷积神经网络的遥感影像飞机目标检测

传统遥感影像飞机目标检测算法依赖于人工设计特征，对大范围复杂场景和多尺度的飞机目标稳健性较差，基于深层卷积神经网络的目标检测算法通常难以有效应对大幅影像的目标搜索和弱小目标检测问题，针对上述问题，本文提出了一种基于级联卷积神经网络的遥感影像飞机目标检测算法。首先根据全卷积神经网络能够支持输入任意大小图像的特点，采用小尺度浅层全卷积神经网络对整幅影像进行遍历和搜索，快速获取疑似飞机目标作为兴趣区域，然后利用较深层的卷积神经网络对兴趣区域进行更精确的目标分类与定位。为提高卷积神经网络对地物目标的辨识能力，在卷积层中引入多层感知器，并在训练过程中采取多任务学习与离线难分样本挖掘的策略；在测试阶段，建立影像金字塔进行多级搜索，并结合非极大值抑制消除冗余窗口，从而实现由粗到精的飞机目标检测与识别。对多个数据集下多种复杂场景的遥感影像进行测试，结果表明，本文方法具有较高的准确性和较强的稳健性，可为大幅遥感影像的飞机目标检测问题提供一个快速高效的解决方案。     

结合数据融合与特征选择的遥感影像尺度多样目标检测

基于深度神经网络模型的遥感影像地物检测取得了巨大成功,很大程度上得益于大规模数据集的支撑。但是,从现有遥感影像数据集本身来看,不同类别地物的数量分布不一致,同类地物对象以不同尺寸大小呈现,是导致地物样本的尺度不均衡问题的直接因素。对此,本文采用数据集内影像加权融合与地物多尺度特征选择的策略来缓解该问题。首先,将数据集内两张影像的像素值进行加权并得到融合后的影像,从而使不同类别地物样本更加均衡且具有较高的背景多样性;其次,通过选择合适尺度的特征图预测相应尺度的目标类别,且允许同一尺度目标在相邻特征图上进行预测,这样使模型能根据目标尺度进行训练;最后,基于目标中心区域的特征图预测目标边界框,预测的边界框更符合目标本身的尺度。通过在两个遥感数据集上分别进行实验,表明训练的模型在对复杂背景下的类别不均衡目标的识别更加准确,能够适应遥感影像下不同尺度目标的识别。     

高分辨率遥感影像场景的多尺度神经网络分类法

高分辨率遥感影像场景分类是实现复杂场景快速自动识别的基础,在军事、救灾等领域有十分重要的意义。为了在有限的遥感数据集上获得高识别精度,本文提出了一种基于联合多尺度卷积神经网络模型的高分辨率遥感影像场景分类方法。不同于传统的卷积神经网络模型,JMCNN建立了一个具有3个不同尺度通道的端对端多尺度联合卷积网络模型,包括多通道特征提取器、多尺度特征联合和Softmax分类3个部分。首先,多通道特征提取器提取图像中、高层多尺度特征;然后,多尺度特征联合对多个通道的中、高层多尺度特征进行多次融合以增强特征表达;最后,Softmax对高层特征进行分类。本文在UC Merced和SIRI遥感数据集进行测试,试验表明JMCNN模型在特征表达和计算速度方面均有显著提高,在小样本数据量下分别达到89.3%和88.3%的识别精度。     

结合面向对象和深度特征的高分影像树种分类

针对传统手工提取特征方法需要专业领域知识，提取高质量特征困难的问题，将深度迁移学习技术引入到高分影像树种分类中，提出一种结合面向对象和深度特征的高分影像树种分类方法。为了获取树种的精确边界，该方法首先利用多尺度分割技术分割整幅遥感影像，并选择训练样本作为深度卷积神经网络的输入。为了避免样本数量少导致过拟合问题，采用迁移学习方法，使用ImageNet上训练的VGG16模型参数初始化深度卷积神经网络，并利用全局平局池化压缩参数，在网络最后添加1024个节点的全连接层和7个节点的Softmax分类器，利用反向传播和Adam优化算法训练网络。最后分类整幅遥感影像，生成树种专题地图。以安徽省滁州市的皇甫山国家森林公园为研究区，QuickBird高分影像作为数据源，采用本文方法进行树种分类。试验结果表明，本文方法树种分类总体精度和Kappa系数分别为78.98%和0.685 0，在保证树种精度的同时实现了端到端的树种分类。     

Monitoring drought dynamics in the Aravalli region (India) using different indices based on ground and remote sensing data

The hard-rock hilly Aravalli terrain of Rajasthan province of India suffers with frequent drought due to poor and delayed monsoon, abnormally high summer-temperature and insufficient water resources. In the present study, detailed analysis of meteorological and hydrological data of the Aravalli region has been carried out for the years 1984–2003. Standardised Precipitation Index (SPI) has been used to quantify the precipitation deficit. Standardised Water-Level Index (SWI) has been developed to assess ground-water recharge-deficit. Vegetative drought indices like Vegetation Condition Index (VCI) and Temperature Condition Index (TCI) and Vegetation Health Index (VHI) have been computed using NDVI values obtained from Global Vegetation Index (GVI) and thermal channel data of NOAA AVHRR satellite. Detailed analyses of spatial and temporal drought dynamics during monsoon and non-monsoon seasons have been carried out through drought index maps generated in Geographic Information Systems (GIS) environment. Analysis and interpretation of these maps reveal that negative SPI anomalies not always correspond to drought. In the Aravalli region, aquifer-stress shifts its position time to time, and in certain pockets it is more frequent. In comparison to hydrological stress, vegetative stress in the Aravalli region is found to be slower to begin but quicker to withdraw.     

Gravity Changes Before Large Earthquakes in China: 1998-2005

Although it is well known that coseismic gravity changes take place during an earthquake, previous research has not yielded convincing evidence demonstrating that significant gravity changes occur before large earthquakes. Furthermore, even if we suspect that gravity changes occur before large earthquakes, we have yet to demonstrate how to consistently observe these changes for useful earthquake forecast that would bring benefits to society. We analyzed ground gravity survey data obtained in 1998, 2000, 200...     

地理数据库的关系模型及其实现

本文从以图论观点分析地理实体入手,系统阐述了地理数据库关系模型的设计法和过程。作者于1984年4～9月间在微型机上设计建立了关系型地理数据库的实方验系统(RGDB)。该系统采用了本文提出的关系模型,采用了可动态扩库的子库组合结构,这种结构具有灵活性和提高空间利用率的优点。RGDB含有多种功能的数据操作命令,除了具有一般检索功能外,还能进行“开窗”选取和十分“自由”的映象选取。本文对RGDB系统的主要性能和实现途径作了扼要介绍。     

基于Skyline的企业总图3维信息系统

3维技术以其直观、眩目的表现力深受人们喜爱.利用3S技术和Skyline开发平台,可以构建大型企业3维地理信息系统,以满足企业设计部门和资产管理部门对基础地理信息的需求.兼容原有2维系统的总图3维信息系统,将为企业的日常管理、设计施工、分析统计、规划决策等提供更加可靠、直观、多层次、多功能的综合服务信息.     

基于WebGL的三维智慧管网系统的设计与实现

随着城市面貌日新月异,地下管网的建设也在持续推进,作为城市的地下“神经网络”,全天24 h保障城市的正常运转和发展。本文以实现城市管网管理系统的高可用、无插件、智能化为目标,采用“地上地下一体”“二三维一体”的设计理念,研究基于WebGL的三维智慧管网系统的关键技术,实现了管线设施管理的信息数字化、空间化与图形化。     

城市数字高程模型和数字正射影像建库系统架构

数字高程模型和数字正射影像是城市基础地理信息的核心载体.两者数据都是连续的地表模型数据.本论文旨在研究建立一个以这两种数据为主体的数据库集成管理系统,并能够提供基本的分析和应用功能,为城市的规划、建设、管理和社会各行业提供完善、优质和高效的地理空间数据服务.论文以宁波市两者数据的建库为例.首先介绍一些有关背景资料;然后详细研究了该系统的设计情况,包括设计的原则、技术路线,数据组织和功能规划;最后进行总结,分析了该系统架构设计的优缺点.     

基于SVG的矢量WebGIS实现技术研究

SVG是一种基于XML的用来描述二维矢量图形和矢量/栅格混合图形的标记语言,虽然SVG不是为了面向地理空间数据发布而制定的标准,但它的许多特性都能被广泛地应用到WebGIS中,从而实现矢量WebGIS。由于SVG通过简单的文本语句描述矢量图像,所以SVG通常数据量很小,并且SVG支持GZIP压缩,所以基于SVG构建WebGIS能减轻网络传输负载,加快地图显示速度。SVG内置了对JavaScript的支持,且SVG可通过DOM解析映像成内存中的树型结构,所以客户层可通过JavaScript对DOM的操作实现对地图的缩放、漫游、查询、图层控制等交互操作。     

互联网时代的地理信息系统

本文通过分析近年来信息技术和地理信息系统的进展,探讨在互联网时代的地理信息系统的发展趋势和技术,提出了以构件化的分布式地理信息系统的发展方向,并以新的概念探讨了以互联网为平台的ＧＩＳ的构件模型和客户－服务器模型为基础的ＧＩＳ服务模型。     

GML数据存储技术的研究与实现

如何有效存储GML数据是当今GIS界研究的热门课题。本文首先分析了现有XML数据存储技术,并根据GML的特性,提出了GML数据存储策略以及实现技术。     

浅谈MapGIS到ArcGIS数据自动转换实现

文本介绍了如何用编程方式实现MapGIS点、线、面数据及渲染(Render)样式到Arc—GIS的自动转换,并对关键技术、难点进行详细描述。