基于随机森林的洪河湿地遥感影像分类研究

随机森林(Random Forests)是一种最有效的分类方法之一。现阶段,它吸引了来自不同领域的研究人员,被广泛应用到不同的学科领域之中。本文采用TM影像,运用随机森林算法,对洪河湿地影像进行分类,并与最大似然监督分类方法(Maximum Likelihood Classification,MLC)和CART(Classification And Regression Tree)算法对比。结果表明,基于RF算法的分类结果的总精度和Kappa系数分别为88.31%和0.82,较MLC和CART分类方法有明显提高。从而证明RF算法可以提高遥感影像的分类精度,并可应用在湿地信息的提取研究中。     

基于随机森林方法的遥感影像分类方法

通过研究随机森林方法,针对上海、辽宁、陕西、福建四个地区的中分辨率成像光谱仪(MO-DIS)影像数据,建立五个时间序列的训练集,通过随机森林机器学习方法,学习一年内目标区域的时序变化规律,从而获取更为精确的分类效果,并对比研究该算法对于上述四个地区识别方法的优劣.实验结果显示随机森林分类法在没有海部的地区识别效果能够达...     

基于Landsat的多分类器集成遥感影像分类

针对传统的单分类器分类精度低,难以满足遥感影像分类精度要求高的问题,该文提出了一种多分类器集成分类方法。该方法有效地将支持向量机算法、C4.5决策树算法和人工神经网络算法进行了组合,实现了多种分类器集成的优势互补,在提高单个类别分类精度的基础上实现了整体精度的提高。该文基于Landsat遥感影像,利用多分类器集成分类技术,获取广州市自1987年以来的土地利用/地表覆盖数据,以平均3年为一个时段,共制作11期数据。实验结果表明,产品分类的平均精度达到88.12%,Kappa系数平均值达到0.868,高于3种基分类器的分类精度,对各种地物的分类精度也明显提高。     

基于随机森林的遥感影像云雪雾分类检测

遥感影像中的云、雪、雾会遮盖地表的有用信息导致影像无法使用,为了提高有效遥感影像的使用效率,需要检测遥感影像中云、雪、雾的范围并剔除无用的影像.以自动检测卫星遥感影像中的云、雪、雾为目的,研究基于随机森林的遥感影像云、雪、雾分类检测方法,并通过增加"二次检测"减少有效区域与云、雪、雾间的错检.实验表明该方法具有较高的检...     

随机森林反演卫星遥感海表面盐度研究

海表面盐度是描述海洋状态、模拟海洋循环和检测气候变化的重要指标,对海洋研究意义重大。土壤湿度与海水盐度(soil moisture and ocean salinity,SMOS)卫星为全球海表面盐度分析提供了重要数据,但其整体精度尚未达到预期要求。基于海表面盐度遥感机理和SMOS卫星盐度反演基础理论,选取海表面盐度敏感因子,建立随机森林(random forest, RF)模型,并基于网格搜索算法优化模型参数,辅助提高SMOS卫星产品精度。其中基础RF得到的海表面盐度与Argo (array for real-time geostrophic oceanography)数据之间的平均绝对误差为0.08,均方根误差为0.15。而经网格搜索算法优化后的随机森林模型精度稍有所提升,其与Argo数据的绝对平均误差为0.08,均方根误差仅为0.14,且误差分布范围较小。两种模型均显著优于SMOS卫星Level 2级盐度产品。从机器学习与统计学理论出发,建立的高精度、高适应性的随机森林海表面盐度反演模型大幅提高了盐度精度,能够为相关海洋研究提供数据支撑。     

基于多特征差异的随机森林遥感影像变化检测

为充分发挥遥感影像中多种特征的优势及不同时相影像对象之间特征差异优势,本文利用预测精度高性能稳定的随机森林算法,提出一种基于特征差异的面向对象变化检测方法.首先,基于变化向量分析法对影像进行像元级变化检测,并多尺度分割检测结果;然后,提取每个对象在前后时相影像上的光谱、纹理特征及特征差值作为随机森林的输入数据,在像素级...     

小卫星遥感影像自动提取水体方法研究

基于小卫星影像的水体信息提取方法,即用波段运算得到特征波段(PRWI),经过决策树等辅助手段提取出水体信息。通过在山东省微山湖上级坝北湖选取水体所做的试验表明,该方法在平原地区的总体提取效果较好,经检验发现其误判的像元主要是位于水体和其他地物的交界处。在山区选取山东省东周水库做的试验表明,在山区用该方法提取的小卫星水体信息和Landsat卫星的TM/ETM影像差距不大。小卫星还可以很好地用于城市规划、生态环境、土地利用和环境灾害等动态监测。     

基于随机森林的遥感影像变化检测

随机森林是一种新兴的、高度灵活的机器学习算法,在预测和分类方面有着良好的稳定性,且算法性能要优于许多单预测器。鉴于此,本文提出了随机森林的遥感影像变化检测算法,利用熵率法对遥感影像进行超像素分割,获取最优分割结果;构建了基于随机森林的遥感影像变化检测模型,以所提取的Gabor特征和光谱特征作为模型输入进行训练和预测,并将有决策树的投票作为最终的变化检测结果。试验结果表明,本文所构建的随机森林变化检测模型在漏检率和虚检率上明显低于其他算法,且总体正确率高,在算法时间上也明显优于其他算法。     

高分辨率遥感影像分类的多示例集成学习

精选示例特征嵌入多示例学习(MILES)算法在对噪声较强的训练样本进行学习时表现出良好的性能,但其判断规则可能带来遥感影像分类结果的不确定性。针对这一问题,提出用Bagging和AdaBoost集成MILES的多示例集成学习算法,使用粗包细分、多样性密度和最大似然分类相结合抑制分类不确定性的方法,实现了高分辨率遥感影像分类中多示例学习与集成学习的组合。采用Quick Bird、IKONOS等高分辨率遥感影像进行试验,结果表明多示例集成学习能有效控制遥感影像分类结果的不确定性,具有良好的应用前景。     

随机森林遥感图像分类实验教学软件开发研究

随着教育与科技的发展,我国众多高校的课程体系都开设了"遥感图像解译"或"遥感原理与应用"等课程.遥感图像的监督分类,是遥感类课程不可或缺的教学内容.然而,在目前相关课程的实验教学中,存在教学内容陈旧、更新频率较低等问题.为了充实高校遥感类课程的实验教学,本文介绍了一套基于随机森林的遥感图像分类实验教学软件,包括软件开发与相关实验的设计.鉴于随机森林算法在遥感领域得到了广泛应用,本实验教学软件旨在使学生掌握更新的遥感数据处理技能,提升其在相关行业中的竞争力.     

中国遥感卫星地面站卫星地面系统的发展

成立于1986年的中国遥感卫星地面站是中国重大科技基础设施,也是国际资源卫星地面站网的重要成员.历经30余年的建设和运行,中国遥感卫星地面站形成了以北京总部为中心,拥有密云、喀什、三亚、昆明、北极5个卫星接收站的体系,实时数据接收覆盖中国全部领土和亚洲70％陆地区域,并初步具备了全球数据的快速获取能力.2020年,地面...     

利用国产GF-1卫星数据实现山区细小河流河宽的自动提取

以国产GF-1卫星影像为数据源,选取皇甫川流域内山区细小河流密集的上游1421 km²作为研究区域,针对因山区河流河道狭窄、形态复杂等导致的河流边界提取难度大、精度差、河宽无法自动提取的难题,首先利用改进的变异系数法筛选水体指数,再采用改进的决策树法结合DEM河网精确获取河流边界,最后通过自动化河宽提取算法实现对山区细小河流及其河宽的自动提取。结果表明,本文方法对山区河流判别的总体精度为89.5%,有效地排除了山体阴影等地物的干扰。对河宽为0～10 m的极细河流,本文方法提取河宽的误差为18.54%; 10～30 m的细小河流,提取误差为12.07%。     

半监督条件随机场的高光谱遥感图像分类

善于捕捉空间信息的条件随机场模型虽然已被应用于高光谱遥感图像分类,但条件随机场的性能受到了标注训练样本数量的制约。为解决上述问题,本文提出了一种半监督条件随机场模型用于高光谱遥感图像分类。在该模型中,首先,利用空间-光谱拉普拉斯支持向量机定义关联势函数,以利用未标注样本中包含的信息获取样本类别概率;然后,在交互势函数中嵌入未标注的空间邻域样本,以充分利用空间信息实现对样本类别概率的修正;最后,采用分布式学习策略和平均场完成半监督条件随机场的训练和推断。本文在两个公开的高光谱数据集(Indian Pines数据集,Pavia University数据集)上进行了实验。实验结果表明Kappa系数提升3.94%。     

条件随机场框架下基于随机森林的城市土地利用/覆盖遥感分类

针对"基于像素的条件随机场(conditional random fields,CRFs)模型能否在m级分辨率的多光谱遥感图像分类中表现良好"的问题,提出了集成图像的光谱、方向梯度直方图和多尺度多方向Texton纹理等多种线索的CRFs模型定义方法。利用上述特征,选择随机森林(random forests,RF)定义CRFs关联势函数;利用特征对比度加权的Potts函数定义CRFs交互势函数,并且建立了多标签的RF-CRFs模型;对该模型进行分项参数训练以及基于图割的α-膨胀算法推理;利用典型城区的Quick Bird多光谱图像进行模型的验证与精度评价。结果表明RF-CRFs模型的分类精度可达82.52%以上,比RF分类器的分类精度提高了3.35%。     

多分类器组合的遥感影像分类方法

针对传统遥感影像分类方法效果不够理想,单一分类器各自存在不足等问题,该文提出了一种基于多分类器组合的遥感影像分类方法。采用级联和并联相结合的方式对多种子分类器进行组合;利用改进的基于先验知识的投票表决规则,实现遥感影像准确分类。以岳阳市TM遥感影像为例,采用多分类器组合方法进行分类处理,并将处理结果与单一分类器处理结果进行比较。通过误差矩阵对比可知,多分类器的Kappa系数精度高于单一分类器;对分类效果图进行对比分析,在细部效果方面多分类器分类效果优于单一分类器。研究结果表明:组合分类器的遥感影像分类效果明显优于单一分类器,且具有更好的扩展性。     

语义网络模型的遥感影像面向对象分类

针对目前遥感影像面向对象分类中分类模型构建方法的不足之处,文章提出了一种语义网络模型与混合控制策略相结合的方法:从地理空间认知角度出发,分析遥感影像多尺度语义结构,利用C4.5决策树进行特征选择与语义网络模型构建,采用自上而下以及自下而上的混合控制策略,实现了语义网络模型的验证及面向对象分类。实验结果表明,该方法能够自动进行特征优选与分类模型的自动构建,能够为地表覆盖分类提供知识型分类模型与方法,为类似区域、类似数据、相近时间的影像解译提供参考。     

Sentinel-2遥感图像的细小水体提取

基于卫星遥感的水体提取算法对面积较大的水体效果较好,应用于细小水体时受混合像元、异物同谱等因素影响,容易出现误判。Sentinel-2卫星多光谱遥感数据空间分辨率为10 m、20 m、60 m,双星时间分辨率5 d,时间和空间分辨率较高,因此本文采用了Sentinel-2绿光波段（560 nm）、红边波段（705 nm）、近红外波段（842 nm、865 nm）和短波红外波段（2190 nm）的遥感反射率,提出了一种植被红边水体指数算法RWI（Vegetation Red Edge based Water Index）。对比分析了植被、阴影、建筑物、混合像元、裸土、水体6种地物的归一化遥感反射率,从机理上解释了为什么RWI比其他水体指数具有更好的提取细小水体的效果。本文对比了常用的几种水体提取算法,包括改进的归一化差异水体指数MNDWI（Modified Normalized Difference Water Index）、多波段水体指数MBWI（Multi-Band Water Index）、自动水提取指数AWEI（Automated Water Extraction Index）,以人工目视解译的水体结果为准,对比以上几种算法得到的水体提取结果,得出RWI、MNDWI、MBWI、AWEI_sh、AWEI_nsh的面积提取差异分别为3.6%,4.2%,12.2%,8.8%,19.8%。从结果可以看出RWI算法精度最高。从影像提取结果来看,本文提出的RWI算法提取的水体边界效果更佳,而且能够一定程度上消除山体和建筑物阴影、云阴影以及混合像元的影响。同时,在2016-01—2018-12时间范围内筛选选取了共43景无云的Sentinel-2影像,利用本文提出的算法对雄安新区、神东矿区、永城矿区3个区域的细小水体分布开展了多时相分析。观察后发现每个时相的结果均十分良好,细小水体的边界区分度较高,基本没有错提、漏提,算法具有良好的适用性和稳定性。     

深度融合网结合条件随机场的遥感图像语义分割

为了充分利用遥感图像中丰富的细节信息和上下文信息,提高图像语义分割精度,提出一种深度融合网结合条件随机场模型的遥感图像语义分割方法。方法在全卷积神经网络框架中增加反卷积融合结构,搭建深度融合DFN (Deep Fusion Networks)网络,通过深层网络自动获取多尺度特征,避免人工设计和选择特征,提高模型的泛化能力;同时借助反卷积融合结构,利用多尺度信息,将浅层细节信息和深层语义信息相融合,提高模型的处理精度。由全连接条件随机场引入空间上下文信息,更好地定位边界,得到最终的语义分割结果。在遥感图像数据集上的实验结果显示:(1)随着不同尺度细节信息的融入,结果的边缘轮廓越精确、接近标签图像;(2)增加了空间上下文信息后,语义分割结果边缘更细化、准确,精度更高。实验表明,该方法可以有效提高遥感图像语义分割的精度,改善结果的过平滑现象。     

高分六号宽幅多光谱数据人工林类型分类

高分六号(GF-6)卫星于2018年成功发射,2019-03正式投入使用。由于GF-6宽幅相机的WFV(Wide Field of View)影像较GF-1的同类影像新增2个红边波段,将会提高对农业、林业、草原等资源监测能力。为了分析GF-6的WFV影像在人工林分类方面的能力,促进高分数据在林业领域的应用,本文选取广西高峰林场为研究区,以最新的GF-6 WFV影像为数据源,结合地面实测类型数据,进行广西南宁高峰林场的桉树,杉木等人工林类型提取。主要运用随机森林(random forests)的分层分类法:首先计算6种植被指数,并利用随机森林法进行植被指数的特征优选,然后确定4种波段组合数据集的分类方案,4种数据集分别为(1)无红边的前4个波段,(2)有红边的8个波段,(3) 8个波段加上未优化的植被指数特征组合,(4) 8个波段加上优化的植被指数特征组合。再进行WFV影像4种数据集的随机森林分类,随机森林采用分类回归树(CART)算法来生成分类树,结合了bagging和随机选择特征变量的优点,是一种有效的分类方法。最后比较4个方案的分类结果并进行精度验证。结果表明:方案2比方案1精度提高了4.99%,Kappa系数提高了0.058。说明包含红边的8波段数据比4个波段数据精度有大幅提升。方案4的8波段加上优化植被指数特征组合的分类精度最高,达到了85.38%,比方案2包含红边波段组和方案1无红边波段组的精度分别提高了3.98%,8.97%,Kappa系数分别提高了0.046,0.104。说明WFV影像加入红边波段比无红边波段精度明显增高。由结果可知,红边指数的引入,增强了植被信息,能够较准确地反映人工林类型特征差异,明显提升了人工林的分类精度。本研究方法可以有效改善广西人工林类型信息提取效果,为GF-6影像质量的评价及其在林业应用潜力提供科学参考依据。