高分辨率遥感影像智能解译研究进展与趋势

遥感影像解译是一个不断发展的研究方向,随着日新月异的遥感应用需求、高分辨率遥感数据的快速发展、地理知识的日积月累、以及人工智能技术的发展,亟需发展自动化、智能化的遥感影像解译技术。本文针对遥感影像智能解译,首先从遥感影像解译单元、分类方法、解译认知3个方面阐述遥感影像解译的研究进展,然后提出了面向地理场景的 “地理知识图谱构建—深度学习模型构建—地理知识图谱与深度学习模型协同的遥感影像语义分类”遥感影像智能解译总体框架,并给出初步试验成果,最后对智能解译的重要发展趋势予以展望,以期拓展遥感影像智能解译研究的思路与方法,提高遥感影像智能解译的精细程度和智能化水平,使智能解译具备地理空间理解能力,推动“数据—信息—知识—智能”的深度转化。     

第二次土地调查遥感影像解译应用分析

在明确遥感影像的类型、解译概念、解译过程的基础上,深入探讨了遥感影像的解译方法及其应用,并以建立图像解译标志的实例,生动的展示了遥感影像解译在第二次土地调查中的重要作用。在影像解译流程化、系统化工作层面,提供了良好的技术经验。     

遥感影像智能解译:从监督学习到自监督学习

遥感影像精准解译是遥感应用落地的核心和关键技术.近年来,以深度学习为代表的监督学习方法凭借其强大的特征学习能力,在遥感影像智能解译领域较传统方法取得了突破性进展.这一方法的成功严重依赖于大规模、高质量的标注数据,而遥感影像解译对象独特的时空异质性特点使得构建一个完备的人工标注数据库成本极高,这一矛盾严重制约了以监督学习为基础的遥感影像解译方法在大区域、复杂场景下的应用.如何破解遥感影像精准解译"最后一千米"已成为业界亟待解决的问题.针对该问题,本文系统地总结和评述了监督学习方法在遥感影像智能解译领域的主要研究进展,并分析其存在的不足和背后原因.在此基础上,重点介绍了自监督学习作为一种新兴的机器学习范式在遥感影像智能解译中的应用潜力和主要研究问题,阐明了遥感影像解译思路从监督学习转化到自监督学习的意义和价值,以期为数据源极大丰富条件下开展遥感影像智能解译研究提供新的视角.     

遥感影像解译样本的一体化生产研究

遥感影像解译样本数据包括地面照片和遥感影像实例,是制作遥感影像解译样本数据库的基础资料。文中针对地理国情普查中遥感影像解译样本的采集、整理进行了研究,通过利用GEOWAY地理国情普查外业调绘核查软件完成遥感影像解译样本的采集、整理,实现了解译样本的一体化生产流程,并与传统的纸质调绘、PDA数字调绘进行对比分析,充分证明解译样本的一体化生产流程自动化程度高,减少了人力、物力,提高了生产效率。     

耦合知识图谱和深度学习的新一代遥感影像解译范式

在遥感大数据时代,遥感影像智能解译是挖掘遥感大数据价值并推动若干重大应用的关键技术,如何将知识推理和数据学习两类解译方法有机联合已成为遥感大数据智能处理的重要研究趋势。由此提出了面向遥感影像解译的遥感领域知识图谱构建与进化方法,建立了顾及遥感成像机理和地理学知识的遥感领域知识图谱。在遥感领域知识图谱支撑下,以零样本遥感影像场景分类、可解释遥感影像语义分割以及大幅面遥感影像场景图生成3个典型的遥感影像解译任务为例,研究了耦合知识图谱和深度学习的新一代遥感影像解译范式。在零样本遥感影像场景分类实验中,所提方法在不同的可见类/不可见类比例和不同的语义表示下,都明显优于其他方法;在可解释遥感影像语义分割实验中,知识推理与深度学习的联合方法取得了最好的分类结果;在大幅面遥感影像场景图生成实验中,知识图谱引导的方法精度明显高于基准的频率统计方法。遥感知识图谱推理与深度数据学习的融合可以有效提升遥感影像的解译性能。     

自然资源要素遥感智能解译样本分类体系研究

根据湖北省自然资源监测监管对大规模遥感智能解译的需求,对已有遥感智能解译样本数据集进行了总结,从提升地类细分领域的深度学习模型效果出发,研究了遥感影像智能解译的典型应用场景和解译对象,构建了湖北省自然资源要素遥感智能解译样本分类体系,并以优于2 m的多源异构高分辨率光学遥感影像为数据源,开展遥感智能解译样本采集。通过具体业务应用场景实验证明,建立的智能解译样本分类体系及其样本库,能够较好地反映湖北省自然资源卫星遥感影像智能解译的区域特征,取得较之前的样本库更为有效的解译效果。     

遥感影像解译标志库的建立和应用

在遥感影像解译标志库中,全面、综合地总结了各种解译要素和常见的各种典型地物及其解译标志。该库具有全面性、综合性、开放性和包容性的特点。同时,结合该遥感影像解译标志库,成功地实现了对研究区的遥感地质解译。根据所建立的解译标志库系统地总结了研究区各种岩性的遥感影像特征;解译结果与1:200000地质资料相对比,共发现18处影像特征与其不一致的地方。经野外验证,根据解译标志库所建立的不同岩性的解译标志及解译结果是准确可靠的。     

遥感影像解译样本生产质量控制方法研究

针对第一次全国地理国情普查质量检验过程中发现的遥感影像解译样本数据的质量问题,如遥感影像解译样本缺少典型性、地面照片拍摄不符合技术规程、影像实例数据结构异常等系统性质量问题,以及解译样本采集中存在操作不规范、样本采集主观影响较大等主观性质量问题,该文分析了影响遥感影像解译样本质量的关键生产要素、环节与原因等,提出了全过程的生产质量控制方法,给出了提高遥感影像解译样本过程的质量控制措施。该研究提出的基于全过程质量控制体系新需求,以解决质量问题为导向的生产质量控制方法,可以提升遥感影像解译样本质量,并为今后相关工程项目生产过程的质量控制提供借鉴。     

ArcGIS支持下高分辨率遥感影像解译效率提高方法

探讨了在Arc GIS支持下提高人机交互解译生产效率的方法和关键技术,包括多用户并发编辑和协同验证的遥感影像解译系统、双重编码策略、基于要素模板的属性自动赋值、拓扑错误避免和批处理。通过2013年全国水土流失动态监测遥感影像解译检验了其合理性和高效性,为提高遥感影像人机交互解译生产效率提供了生产经验。     

遥感影像智能解译样本库现状与研究

我国遥感对地观测等项目顺利实施,获取了大量时效性强、覆盖范围广、信息量丰富的遥感数据.但遥感影像智能化自动处理技术发展仍相对滞后,无法满足区域/全球大范围地物信息快速提取的需求.近年来,人们利用深度学习技术显著提高了影像特征提取成效,但由于所使用的深度学习样本数量和类型有限,对于多源遥感影像的自动解译能力仍然不足.本文面向大范围多源遥感影像地物信息智能解译需求,在分析现有样本集现状及问题的基础上,研究提出遥感影像智能解译样本库设计方案,并在此基础上设计了基于互联网的样本协同采集与共享服务框架.本文将为多源遥感影像样本库建设提供参考,为大范围遥感影像智能解译提供支持.     

GIS辅助下的基于知识的遥感影像分类方法研究——以土地覆盖/土地利用类型为例

提高计算机遥感影像的分类精度，是遥感应用中研究的主要问题之一。作者以规则的形式表示遥感影像解译知识，使用ＴＭ影像数据和ＤＥＭ、坡度、土地利用图等地理辅助数据，从遥感影像处理／地理数据／专家知识一体化的角度出发，使用基于知识的方法进行了研究，改善了分类精度。实例研究证明了方法的正确性。     

高光谱遥感影像管理系统的设计与实现

由于高光谱数据的海量高维特征,使得传统的信息系统难以有效地对这些数据进行高效地存储、处理、分析,表现等管理操作。因此如何采用新的技术来开发一个能有效管理高光谱遥感影像数据的影像管理系统,是当前高光谱快速发展和深入应用的一个瓶颈之一。本文在研究的过程中,对当前影像管理系统的发展作了大量的分析,利用成熟的关系数据库和程序设计语言,开发了一个方便实用的高光谱遥感影像管理系统以管理高光遥感影像和其他遥感信息,提高影像管理效率。系统已初步实现了多景高光谱遥感影像检索,可以任意加载、导入高光谱遥感影像,运行效果良好。     

基于SPOT5遥感影像的湿地资源调查方法研究

通过利用SPOT5遥感影像对湿地资源调查方法的实验研究,探讨了遥感影像的融合方法,选取适合湿地资源调查的数据融合和重采样方法,并解译融合后的遥感数据。从而获取湿地研究区的分类数据。     

遥感大数据智能解译的地理学认知模型与方法

随着遥感数据和计算机算力的爆炸式增长、智能分析算法瓶颈的突破,亟须提升与之相匹配的遥感大数据处理与分析能力。针对复杂场景下遥感大数据智能处理与地理学认知耦合关联和交叉融合的关键问题,本文分析了遥感大数据与地理科学各自的特点与相互关系,提出了多模态知识融合关联的深度网络构建和面向地理制图的遥感智能解译思路,建立了遥感大数据智能处理与应用体系框架;面向技术发展和行业应用,本文提出了分别建设通用高分辨率遥感智能处理系统和智能精准应用平台的总体路线,以期推动遥感智能解译技术创新和工程化应用的全面发展。     

The anticipated role of the large format camera in future earth observation strategies

The development of the National Aeronautics and Space Administration's Large Format Camera has added a new dimension to remote sensing. Offering inexpensive large area coverage imagery with excellent geometric fidelity, the LFC was successfully flown in late 1984 aboard the Space Shuttle. The success of this initial flight has encouraged scientists to propose that the LFC be included as part of the earth observation sensor bed on the planned space station.

The relatively low costs associated with LFC photography provide an opportunity for developing countries to learn more about the capabilities and advantages of exploiting remotely sensed imagery. In particular, by using LFC imagery to study an array of local and global phenomena, these developing countries can quickly increase their knowledge of earth observation techniques and join the “community”; of nations currently active in remote sensing efforts.     

An improved SVM model for relevance feedback in remote sensing image retrieval

With the rapid development of satellite remote sensing technology and an ever-increasing number of Earth observation satellites being launched, the global volume of remotely sensed imagery has been growing exponentially. Processing the variety of remotely sensed data has increasingly been complex and difficult. It is also hard to efficiently and intelligently retrieve what users need from a massive database of images. This paper introduces an improved support vector machine (SVM) model, which optimizes the model parameters and selects the feature subset based on the particle swarm optimization (PSO) method and genetic algorithm (GA) for remote sensing image retrieval. The results from an image retrieval experiment show that our method outperforms traditional methods such as GRID, PSO, and GA in terms of consistency and stability.     

遥感图像分区自动分类方法研究

对判读区域自然景观复杂,数据时相与质量差异较大的遥感图像用常规的分类方法难以达到令人满意的效果,为此,作者采用了一种通过定义图像判读区,分类管理器和改进监督分类算法等方法来实现遥感图像的分区自动分类,以不同时相的TM拼接图像进行分类试验,结果表明:该方法比传统的监督分类方法有明显改进:(1)与整幅图像用同一个标准进行分类的方案相比,其精度显著提高,(2)可在分类前灵活,任意生成所感兴趣的判读区域,(3)在每个分区内可以采取不同的分类方案进行分类,(4)每个分区的分类结果可以保存在同一个文件中,而不需要另外生成新的操作层.因此分类不受次数的限制,可保证分类结果的完整性,每个分区的分类结果也可以保存为单个分区的分类结果.     

遥感影像数据模型及影像数据库的建立

在总结图像数据模型研究的基础上,分析了遥感影像的种类、一般存储方式、影像与具体应用的关系,指出遥感图像管理的特殊性,提出了遥感影像在关系数据库中的逻辑表达模型,讨论了该模型支持下的基于图像内容的查询问题,最后介绍一个遥感影像数据库的设计原型。     

遥感信息处理不确定性的可视化表达

如何全面、准确地度量和可视化表达遥感信息处理中不确定性的程度和空间分布方式,是遥感信息不确定性研究的关键问题之一.传统的度量方法(例如误差矩阵)是将以训练样本集为基础的度量作为总分类精度的度量,而我们需要估计模型对于"样本外数据"的性能.本文首先利用信息论和粗糙集理论等度量遥感分类影像属性信息的不确定性,提出基于像元、目标和影像的遥感信息不确定性度量指标;然后分别描述了基于不同度量指标的可视化表达方式,并对我国黄河三角洲地区的Landsat TM影像进行了分类信息不确定性度量和可视化表达实验.