基于光谱-空间联合Transformer模型的黄河三角洲湿地高光谱影像分类

黄河三角洲湿地地物类型在光谱曲线上差异较小,且在空间上分布零散,呈破碎化特性。现有的分类方法受限于局部感受野难以捕捉到图像的长距离依赖关系,导致在黄河三角洲湿地高光谱影像中分类精度不理想,针对此问题,本文提出了一种光谱-空间联合Transformer模型。光谱和空间支路分别以光谱向量和空间邻域为输入,基于自注意力机制提取全局光谱和空间特征,在两个支路引入多阶特征交互层,实现浅层边缘信息和深层语义信息的融合,最后采用自适应相加的方式将两路特征融合,送入分类器实现最终分类。本文在黄河三角洲湿地高分五号GF-5和CHRIS两幅高光谱影像上验证方法的有效性,实验结果表明,该方法显著提高了湿地分类的精度,在选用3%的样本训练条件下总体精度分别达到了90.90%和94.17%,优于其他分类方法。研究结果可实现黄河三角洲湿地地物类型的高精度分类,为湿地的保护提供技术支持。     

海洋高光谱遥感研究进展

海洋遥感是２０世纪后期海洋科学取得重大进展的关键技术之一。所谓海洋遥感就是利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理 ,从各种平台观测和研究海洋的一项技术［１］。海洋遥感具有观测周期短 ,时间频率高的优势 ,可实现大面积、实时、同步、连续而密集的海洋探测 ,较好地适应了海洋各种现象和过程的特点。随着光电子技术和计算机技术水平的提高 ,遥感传感器的技术性能不断提高。高光谱遥感(Ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇ)是当前遥感技术的前沿领域 ,它是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据 ［…     

联合光谱和纹理特征的滨海湿地高光谱深度学习分类—以黄河三角洲湿地为例

本文基于CHRIS高光谱遥感影像,发展了一种结合地物光谱特征和多纹理空间特征信息,采用双全链接的8层深度卷积神经网络分类算法对滨海湿地高光谱影像进行遥感地物分类,并在黄河口滨海湿地进行了应用。结果表明：1）基于测试样本数据,联合光谱特征和K-L变换的纹理特征信息,采用DCNN模型方法展现了高的分类精度,精度高达99%;2）利用光谱特征和全纹理特征的精度比仅使用光谱特征和光谱特征联合K-L变换后纹理特征的分类精度低。利用K-L变换后的光谱特征和纹理特征的DCNN分类精度达到99.38%,相比于使用全纹理特征信息的精度提高了4.15%;3）基于验证图像,发展的DCNN分类方法精度优于其他算法,DCNN方法总体分类精度为84.64%,Kappa系数为0.80;4）相比于浅层分类方法,本文发展的DCNN模型分类算法保证了所有地物类型的分类精度更加均衡,保持了主要地物类型的分类精度几乎不变,同时提高了滩涂和农田的精度。基于DCNN模型,潮滩和农田的分类精度分别达到79.26%和56.72%。比其它浅层分类方法提高了2.51%和10.6%。     

无人机多光谱遥感的水质参数反演研究

无人机多光谱遥感技术具有快速、大范围、动态监测等优势,为水环境监测和管理提供了新的研究手段。利用无人机多光谱遥感平台,进行水质参数定量反演研究。围绕红边和近红外光谱波段提出和构建了7种水体指数,结合采样点实测浊度、透明度数据,建立水质参数反演模型,并进行模型精度分析,得出试验区域水体浊度和透明度空间分布图。试验证明：水体指数RENDWI的反射值与浊度参数相关性较高(r=0.821),采用RENDWI构建指数函数模型对于浊度的反演效果较好(R²=0.711,RMSE=2.013度);水体指数RDWI反射值与透明度相关性较高(r=0.844),采用RDWI构建二次多项式模型对于透明度的反演效果较好(R²=0.748,RMSE=7.163 cm)。本文提出的水体指数与水质参数反演模型,可以定量获取河流水质分布情况,实现水质参数快速监测,为中小型地表水污染防治提供技术支撑。     

基于双路图卷积的黄河三角洲湿地地物分类研究

黄河三角洲湿地地物精确分类对湿地资源的保护、开发和利用具有重要意义。目前的湿地分类算法大多存在着全局信息利用不足,地物类型边界不易区分等问题,导致分类精度不高。针对此问题,本文提出了基于双路图卷积的黄河三角洲湿地地物分类算法,包括图结构数据构建模块、特征提取与融合模块两部分。图结构数据构建模块,设计欧式图表示光谱值之间的绝对差异,衡量不同地物类型,设计余弦图表达不同像素光谱波形之间的差异,用以区分不同的地物边界;特征提取与融合模块,利用图卷积聚合全局信息,对欧式图利用双层图卷积进行特征提取,对余弦图使用图U-Net网络进行特征提取,之后将两个特征融合,得到同时具有光谱值绝对差异和光谱波形差异的融合特征,最后进行分类。在CHRIS和GF5两个数据集的实验结果表明,本文所提算法在黄河三角洲湿地地物分类中取得了具有竞争力的分类结果。     

中国海洋航空高光谱遥感应用研究进展

详述了我国赤潮航空高光谱遥感应用研究的发展现状，对所发展的赤潮发现检测、生物优势种类识别、生物量分布特征提取技术及所建立的赤潮光谱数据库进行了详细介绍。概述了基于高光谱数据的溢油发生检测及面积信息提取、海冰发生检测及密集度信息反演、海岸带典型要素光谱波段敏感性等的研究进展。从遥感平台、成像光谱仪的角度对我国的海洋航空高光谱遥感发展进行了展望，简要介绍了建设中的国内首套适用于海洋环境与灾害快速监测的海洋航空遥感多传感器集成与应用系统。指出发展我国海洋航空高光谱遥感应用研究的3个关键问题：(1)大量获取海洋及海岸带要素的高光谱数据；(2)开展海洋及海岸带要素现场光谱数据的同步测量研究；(3)大力建设海洋及海岸带要素的地物光谱数据库。     

海洋光学遥感与海洋高光谱特性研究

海洋光学遥感与海洋高光谱特性研究李武辛海英（国家海洋局第一海洋研究所，青岛２６６００３）葛运国（国家海洋局海洋技术研究所，天津３００１１１）１前言１９７８年８月，美国发射了世界上第一颗海洋卫星Ｓｅａｓａｔ－１，标志着海洋探测与陆地、大气探测一样，进入...     

黄河口湿地典型地物类型高光谱分类方法

黄河口湿地地物类型具有复杂多样的特点,本文将线性光谱混合分析模型与归一化植被指数(NDVI)和归一化水体指数(NDWI)相结合,建立了一种新的滨海湿地遥感影像分类方法;开展了基于CHRIS高光谱影像的黄河口湿地芦苇、柽柳、碱蓬、大米草、潮滩和水体6种典型地物分类实验,整体分类精度为77.33%,Kappa 系数为 0.71,与经典的最大似然分类(MLC)方法相比较,整体分类精度提高1.6%,Kappa 系数提高0.02,尤其是芦苇、碱蓬、大米草和潮滩的分类精度明显提高。     

高光谱遥感数据管理系统原型设计

简述了高光谱遥感技术发展概况,并从高光谱数据获取、数据处理和数据共享等3个方面的需求出发,提出了高光谱遥感数据管理系统建设的必要性;在系统建设需求分析的基础上,完成了高光谱遥感数据管理系统的结构与功能设计,并给出了系统开发流程和功能模块开发的设想.     

基于RS和GIS的黄河三角洲北部湿地保护区的生态环境变化

通过对1996、2000和2005年3个时相Landsat卫星遥感数据的解译,得到了黄河三角洲北部湿地保护区3个年份的生态环境变化,对比研究表明海水和水库的相对位置在宏观上控制着盐分梯度,是本区湿地各种类型分布的重要控制因素.自然因素(1976年黄河改道海水入侵和1992年特大风暴潮)及人类活动(1998年封育天然柽柳...     

基于HICO波段的滨海土壤盐分遥感反演研究

本研究以黄河三角洲滨海盐渍土为例,尝试使用HICO （Hyperspectral Imager for the Coastal Ocean）高光谱影像结合现场实测高光谱数据进行表层土壤全盐含量的反演。采用波段组合的方法建立光谱参量,通过相关分析筛选出敏感光谱参量,以决定系数R2选出最佳模型;利用HICO影像反射率与实测高光谱反射率之间的关系,对模型进行修正,并应用于影像。研究发现,比值（RI）、差值（DI）波段组合方法建立的光谱参量与表层土壤全盐含量的相关性明显提高。DI_{（845,473）}、DI_{（839,490）}、DI_{（845,496）}及DI_{（839,501）}的幂函数模型效果最好,且验证决定系数R2均大于0.86,相对分析误差RPD>3,RMSE较小。此外,HICO遥感影像的模型反演结果较为一致,能够反映表层土壤全盐含量的分布。研究显示,利用高光谱数据进行表层土壤全盐含量的反演建模具有可行性,可为区域表层土壤全盐含量的定量反演提供参考。     

基于遥感的黄河三角洲海岸线变化研究

以黄河三角洲的Landsat TM/ETM+影像(1989~2009年)为数据源,采用遥感与地理信息系统技术,对黄河三角洲的岸线与面积变化进行监测。结果表明:1989年以来,黄河三角洲的岸线形状及长度均发生了较大变化,其中北部的刁口河流路区岸线向内陆蚀退明显;清水沟流路区的岸线整体向海域推进,部分区域有蚀退现象;神仙沟流路区主要为人工海堤,岸线变化不大。黄河三角洲的整体面积在1989~2009年处于增加中,但2006~2009年,面积变化为负值。从淤蚀情况来看,1989~2009年,黄河三角洲的淤蚀强度经历了"和缓-剧烈"的过程。这说明20年来黄河三角洲整体上处于增长发育中,但2006年后三角洲整体上呈现蚀退现象,同时黄河三角洲的淤蚀情况变得比以往更剧烈,意味着更强的海陆交汇作用和岸线变化。黄河的入海流路、水沙量、降水量等是影响三角洲岸线变化的重要因素,而人工堤坝能够在一定程度上维持海岸线的稳定。对黄河三角洲海岸线变化的研究有助于有效地管理和保护区域的社会和生态环境。     

黄河三角洲河口区滨海湿地面积动态变化与影响因素分析

采用遥感和地理信息系统技术,根据遥感影像数据和实测水深数据,分析了现代黄河三角洲河口区滨海湿地面积的变化规律,并计算了研究区湿地面积与黄河入海沙量之间的相关性。结果表明,黄河改道清水沟流路初期,三角洲河口区滨海湿地面积呈快速增长之势,但滩涂面积变化较复杂,1996年实施清8出汉工程后,低潮线至水下-2,-5和-6m湿地...     

遥感监测的黄河三角洲平原水库及水产养殖场面积变化

利用不同时相(间隔约5 a)的遥感影像分析了黄河三角洲平原水库和水产养殖场面积的变化。结果表明,20世纪70年代后期与80年代初期,黄河三角洲平原水库和水产养殖场面积增长缓慢,自80年代后期增长迅速,按照其与年份的线性回归方程计算,黄河三角洲平原水库和水产养殖面积在2005年和2010年分别将达到352 km2和418 km2,其结果可为黄河三角洲的治理和开发提供参考。     

黄河三角洲平原型水库的水质特征

黄河三角洲气候干旱、土壤矿化度高,黄河水富含泥砂和营养盐,使得该地区引黄水库水质面临富营养化和咸化的共同威胁。2001~2003年对黄河三角洲7座不同面积、不同水交换率的地上式和地下式平原型水库的非生物指标和水草分布进行了调查,结果发现:1)[Cl-],[SO42-],TH和电导率有逐渐增加的趋势,而且水的交换量越低,增高的趋势越快,但其中[SO42-]增幅度相对较小;2)水偏弱碱性,溶氧经常接近饱和或过饱和状态;3)Alk变化范围小,在矿化度不断增加的同时,水由碳酸盐型逐渐变为氯化物型;4)水草分布广泛,特别是菹草和聚草,部分水库因为水草的大量孳生导致pH过高(pH>9)。说明该地区水体的咸化趋势表现为氯离子和二价阳离子逐渐增高的趋势,该趋势在水交换量较低、水位较低(地如下式水库)、水体混合不均匀的水库表现更明显;该地区的富营养化特征主要表现为水草大量孳生,并由于有机质在水中合成的速度持续大于分解的速度,而使pH和DO持续维持在较高水平。     

基于HJ-1A高光谱的黄河口碱蓬和柽柳盖度反演模型研究

碱蓬和柽柳是黄河口湿地典型的盐生植物类型,是多种保护珍禽的主要栖息地,具有景观尺度较小、分布广且多混生的特点。应用覆盖黄河口北部潮滩的HJ-1A高光谱遥感影像,基于现场测量的端元光谱和从遥感影像中使用顺序最大角凸锥法(SAMCC)自动提取的端元光谱,应用线性光谱分解法(LSU)、正交子空间投影法(OSP)、匹配滤波法(MF)、最小能量约束法(CEM)和自适应一致估计法(ACE)5种不同光谱解混方法进行混合像元光谱解混,对比两种方法得到的端元光谱分别对碱蓬和柽柳盖度的反演能力,并给出相应的反演模型。结果显示:(1)现场测量端元光谱取得了较好的碱蓬和柽柳盖度反演结果,其中应用LSU方法的光谱解混结果与现场测量盖度的决定系数对于碱蓬和柽柳分别达到了0.88和0.95;(2)两种端元获取方式的光谱解混结果中,LSU和OSP方法均获得了较高的相关性,ACE解混方法的相关性都最低;(3)SAMCC方法提取端元光谱对柽柳的分解结果与现场测量盖度的相关性远高于碱蓬。     

联合Bi-LSTM和注意力加强多尺度卷积的黄河三角洲湿地高光谱图像分类方法研究

近年来,面向黄河口的监测需求日益增大,如黄河入海流路改道至清水沟路以来,在新老河道的交汇处存在着丰富的地物类别,对于这些地物类别的检测识别研究有助于掌握生态环境状态,对于黄河口的湿地保护以及国家改善环境的战略支持具有重要意义。因此,本文提出一种新的湿地高光谱图像分类方法,分双路分别提取图像的空谱特征并融合分类。光谱维采用分组预处理的双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)有效学习光谱特征;空间维采用注意力加强的多尺度卷积网络有效增强所提取的空谱特征,使得分类结果更具准确性。本文实验应用覆盖黄河入海口新老河道交界处的成像光谱仪(Compact High Resolution Imaging Spectrometer,CHRIS)所采集的数据和黄河三角洲自然保护区滨海湿地高分5号传感器(GF-5)所采集的高光谱图像开展。结果表明:分组与双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)的有效结合显著提升了网络性能,同其他监督分类方法相比提升约3%~8%,此外注意力机制的加入同比增加约3%,在使用1%的极少训练集下数据集CHRIS和GF-5的总体分类精度分别达到92.3%和86.11%。     

黄河三角洲多年海岸线动态变迁特征及演化规律

以黄河三角洲1976—2014年的MSS、TM、ETM+影像为数据源,采用一般高潮线法提取不同时期的海岸线,结合RS遥感与GIS技术,对黄河三角洲的岸线变化进行监测.结果表明,1976年以来黄河三角洲的岸线形态及长度均发生了较大变化,其中北部的刁口河流路区岸线向内陆蚀退明显,以海洋侵蚀作用为主,属于蚀退型海岸;清水沟流路区的岸线整体向海域推进,海岸处于进淤状态,属于强淤进型海岸.黄河三角洲岸线变化频繁而快速,黄河的入海流路、水沙量、降水量等是影响黄河三角洲岸线变化的重要因素;行水期黄河三角洲岸线一般以淤进造陆为主,停止行河岸段,海岸侵蚀后退速率趋于缓慢,逐渐地变得相对稳定,在长时间不行水的海岸段,岸线基本保持稳定,随着黄河三角洲海岸带人类工程经济活动的加剧,该区域的海岸线演变受人类的影响越来越大.