“面向?qū)ο?深度學(xué)習(xí)”遙感信息提取技術(shù)在水利行業(yè)應(yīng)用課件

1、度學(xué)習(xí)”遙感信息“面向?qū)ο?深 提取技術(shù)在水利行業(yè)應(yīng)用度學(xué)習(xí)”遙感信息“面向?qū)ο?深 提取技術(shù)在水利行業(yè)應(yīng)用1.業(yè)務(wù)需求-水利行業(yè)水源地監(jiān)測水源地水體范圍是水源地管理重要方面，自 動化快速提取很重要水土保持監(jiān)管生產(chǎn)建設(shè)項目、動土、水保措施識別是水保的重要方面，對快速解譯、變化檢測要求高水政執(zhí)法取證河湖管理范圍的違建監(jiān)測是水政執(zhí)法取證 的重要方面，對準確變化檢測要求高洪澇災(zāi)害監(jiān)測洪澇災(zāi)害也是防洪減災(zāi)的重要方面，及時、快速獲取淹沒范圍很重要灌區(qū)信息監(jiān)測作物識別對灌區(qū)農(nóng)業(yè)用水管理很重要，需要精準的識別水利遙感應(yīng)用領(lǐng)域水利信息遙感解譯自動 快速 準確遙感解譯方法像元 面向?qū)ο?.業(yè)務(wù)需求-水利行業(yè)水源

2、地監(jiān)測水政執(zhí)法取證洪澇災(zāi)害監(jiān)測灌1.業(yè)務(wù)需求-現(xiàn)狀及問題1）基于“像元+傳統(tǒng)分類”的分類優(yōu)點： 充分利用遙感影像光譜特征的的分布規(guī)律，即自然聚類的特征，進行分類缺點：由于地球表面許多地物存在著“同譜異物、同物異譜”現(xiàn)象，利用基于像元的方法進行分類會導(dǎo)致“椒鹽現(xiàn)象”1.業(yè)務(wù)需求-現(xiàn)狀及問題1）基于“像元+傳統(tǒng)分類”的分類1.業(yè)務(wù)需求-現(xiàn)狀及問題2）基于“面向?qū)ο?傳統(tǒng)分類”的分類尺度1尺度2尺度3優(yōu)點：將不同的地物分割到不同的對象之中，這對分類起了至關(guān)重要的作用。缺點：對象的特征，如光譜、形狀、紋理等。但對于形狀、紋理特征認識描述的不夠全 面，信息量還不足以支撐地物分類、識別。1.業(yè)務(wù)需求-現(xiàn)狀

3、及問題2）基于“面向?qū)ο?傳統(tǒng)分類”的分1.業(yè)務(wù)需求-現(xiàn)狀及問題遙感影像訓(xùn)練樣本學(xué)習(xí)結(jié)果3）基于“面向?qū)ο?深度學(xué)習(xí)”的分類優(yōu)點：可以來掌握不同對象的形狀、紋理特性，反過來指導(dǎo)對象分類。缺點：樣本代表性不確定和訓(xùn)練成本高。1.業(yè)務(wù)需求-現(xiàn)狀及問題遙感影像訓(xùn)練樣本學(xué)習(xí)結(jié)果3）基于“1.業(yè)務(wù)需求-解決思路解決思路:結(jié)合“面向?qū)ο?深度學(xué)習(xí)” 方法來進行地物識別分類1）解決地物分不開問題：通過多尺度對象完全融合實現(xiàn)不同尺度對象上同時編輯。因為自然界的地物本身就是在不同尺度上的，在不同尺度上切換編輯，提高了解譯精度，減少后期人工矢量編輯工作2）解決地物分類不準確問題：通過 深度學(xué)習(xí)來學(xué)習(xí)不同對象的紋理

4、、環(huán)境等高級特性，形成深度學(xué)習(xí)模型來進行對象分類，這是目前分類問題最好的解決方案1.業(yè)務(wù)需求-解決思路解決思路:結(jié)合“面向?qū)ο?深度學(xué)習(xí)” 2.解決方案-總體思路基于“面向?qū)ο?深度學(xué)習(xí)”實現(xiàn)信息提取及變化監(jiān)測遙感影像自動處理地類信息提取變化監(jiān)測規(guī)則庫建設(shè)基于對象后編輯遙感影像深度學(xué)習(xí) 模型構(gòu)建規(guī)則庫模型庫自動 構(gòu)建長時間序列 樣本提取模型訓(xùn)練輔助文件訓(xùn)練樣區(qū)文件 (shp)典型地類描述文 件(clf)123基于 面向?qū)ο?深度學(xué)習(xí) 方法構(gòu)建遙感影像自動 獲取及預(yù)處理地物分類目標識別變化監(jiān)測水利行業(yè)應(yīng)用 2.解決方案-總體思路基于“面向?qū)ο?深度學(xué)習(xí)”實現(xiàn)業(yè) 務(wù) 流 程123規(guī)則庫建設(shè)包括基礎(chǔ)

5、數(shù)據(jù)的準備及分類規(guī)則庫建設(shè)遙感影像自動解譯實現(xiàn)遙感影像的信息自動提取及變化監(jiān)測基于對象矢量后編輯及成果導(dǎo)出對分類后結(jié)果進行對象編輯及柵格、矢量導(dǎo)出2.解決方案-總體思路業(yè) 務(wù) 流 程123規(guī)則庫建設(shè)遙感影像自動解譯基于對象矢量后文件1：參與訓(xùn)練樣本的自動提取、模型訓(xùn)練文件2：參與信息的自動提取及變化監(jiān) 測1）輔助文件準備地類描述文件準備兩個地類描述XML文件，文件格式如下：XML文件制作人機交互界面 2.解決方案-規(guī)則庫建設(shè)文件1：參與訓(xùn)練樣本的自動提取、文件2：參與信息的自動提取及監(jiān)測區(qū)域 遙感影像方法1：基于已有矢量 矢量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方法2：基于面向?qū)ο蠓?基于面向 人工編輯 信息提取方法

6、3：基于深度學(xué)習(xí)規(guī)則法 基于已有人工編輯 規(guī)則提取訓(xùn)練樣區(qū) 文件(shp)典型區(qū)域AOI(shp)典型地類描述文件(clf)輸出1）輔助文件準備訓(xùn)練樣區(qū)文件輸入典型地類信息提取訓(xùn)練樣區(qū)矢量文件格式如下：2.解決方案-規(guī)則庫建設(shè)方法1：基于已有矢量 矢量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換AOI(shp)述文件第一步：設(shè)置樣區(qū)范圍第二步：訓(xùn)練樣區(qū)制作方法2：基于面向?qū)ο蠓ㄖ谱鞣椒?：基于深度學(xué)習(xí)規(guī)則制作1）輔助文件準備訓(xùn)練樣區(qū)文件方法2、方法3訓(xùn)練樣區(qū)制作步驟 2.解決方案-規(guī)則庫建設(shè)第一步：設(shè)置樣區(qū)范圍第二步：訓(xùn)練樣區(qū)制作1）輔助文件準備2）構(gòu)建規(guī)則庫訓(xùn)練樣本提取第二步：人工編輯刪除有云區(qū)域或提取錯誤樣本，并重新導(dǎo)出

7、第一步：自動提取.2.解決方案-規(guī)則庫建設(shè)2）構(gòu)建規(guī)則庫訓(xùn)練樣本提取第二步：人工編輯第一步：自動提2）構(gòu)建規(guī)則庫模型訓(xùn)練模型訓(xùn)練結(jié)果模型訓(xùn)練 2.解決方案-規(guī)則庫建設(shè)2）構(gòu)建規(guī)則庫模型訓(xùn)練模型訓(xùn)練結(jié)果模型訓(xùn)練 2.解決123規(guī)則庫建設(shè)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準備及規(guī)則庫建設(shè)遙感影像自動解譯實現(xiàn)遙感影像的信息自動提取及變化監(jiān)測基于對象矢量后編輯及成果導(dǎo)出對分類后結(jié)果進行對象編輯及柵格、矢量導(dǎo)出2.解決方案-總體思路業(yè) 務(wù) 流 程123規(guī)則庫建設(shè)遙感影像自動解譯基于對象矢量后編輯及成果導(dǎo)出1）信息自動提取信息提取信息提取結(jié)果1）基于已有規(guī)則的信息提取2）基于訓(xùn)練樣區(qū)信息提取遙感影像自動分類結(jié)果 2.解決方案

8、-遙感影像自動解譯1）信息自動提取2）基于訓(xùn)練樣區(qū)信息提取遙感影像自動分類結(jié)果信息提取結(jié)果分析1）信息自動提取分析結(jié)果展示1）分類結(jié)果混淆矩陣2）錯分數(shù)據(jù)分析空間展示 2.解決方案-遙感影像自動解譯信息提取結(jié)果分析1）信息自動提取分析結(jié)果展示2）錯分數(shù)據(jù)分析2）變化監(jiān)測利用面向?qū)ο筮b感影像分割優(yōu)勢實現(xiàn)基于控制邊界的變化監(jiān)測 2.解決方案-遙感影像自動解譯2）變化監(jiān)測 2.解決方案-遙感影像自動解譯2）變化監(jiān)測基于控制邊界的變化監(jiān)測變化監(jiān)測1）基于控制邊界的信息提取2）變化監(jiān)測 2.解決方案-遙感影像自動解譯2）變化監(jiān)測基于控制邊界的變化監(jiān)測變化監(jiān)測2）變化監(jiān)測 2123規(guī)則庫建設(shè)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的

9、準備及規(guī)則庫建設(shè)遙感影像自動解譯實現(xiàn)遙感影像的信息自動提取及變化監(jiān)測基于對象矢量后編輯及成果導(dǎo)出對分類后結(jié)果進行對象編輯及柵格、矢量導(dǎo)出2.解決方案-總體思路業(yè) 務(wù) 流 程123規(guī)則庫建設(shè)遙感影像自動解譯基于對象矢量后編輯及成果導(dǎo)出 2.解決方案-基于對象矢量后編輯及成果導(dǎo)出基于面向?qū)ο蠓指詈蟮膶ο筮M行對象編輯并將結(jié)果到出為柵格或矢量 2.解決方案-基于對象矢量后編輯及成果導(dǎo)出基于面向?qū)?.應(yīng)用案例應(yīng)用 案例水保 監(jiān)測水政 執(zhí)法種植 結(jié)構(gòu)水源地 監(jiān)測洪澇監(jiān)測3.應(yīng)用案例應(yīng)用 案例水保 監(jiān)測水政 執(zhí)法種植 結(jié)構(gòu)水源地3.應(yīng)用案例應(yīng)用 案例水保監(jiān)測水政執(zhí)法種植結(jié)構(gòu)水源地 監(jiān)測洪澇監(jiān)測3.應(yīng)用案例應(yīng)

10、用 案例水保水政種植水源地 監(jiān)測洪澇3.應(yīng)用案例-水源地水體遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)目標以全國重要湖泊和水庫等水源地作為監(jiān)測目標， 進行地表水體范圍和水域面積的連續(xù)動態(tài)監(jiān)測， 自動地監(jiān)測地表水體變化情況，揭示其時空變化 規(guī)律。3.應(yīng)用案例-水源地水體遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)目標3.應(yīng)用案例-水源地水體遙感監(jiān)測水 體 自 動 提 取水 體 自 動 提 取水體提取數(shù)據(jù)入庫水體規(guī)則 自動檢索自動獲取高分數(shù)據(jù) 處理流程單個文件選擇批量文件選擇數(shù)據(jù)檢索圖像校正分類 規(guī)則提取規(guī)則編輯影像分割圖像校正水體提取影像分割水體提取水體矢量生成是否需要 再編輯矢量編輯是 處理文件選擇成果入庫歸檔水 體 提 取 結(jié) 果 后 處 理水體提取

11、結(jié)果檢查不滿足滿足水體規(guī)則編輯水體提取水體矢量生成是否需要 再編輯否矢量編輯是成果入庫歸檔否影像分割本機磁盤存儲數(shù)據(jù)入庫水 體 提 取 結(jié) 果 后 處 理水體提取 結(jié)果檢查不滿足滿足水體規(guī)則編輯水體提取水體矢量生成是否需要 再編輯否矢量編輯是水 面 積 提 取水 面 積 提 取 信 息 后 處 理人工獲取高分數(shù)據(jù)處理流程應(yīng)急模式批量文件處理水體面積遙感監(jiān)測系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程設(shè)計專題分析及 產(chǎn)品制作人工錄入數(shù)據(jù)庫檢索人工選擇數(shù)據(jù)庫檢索專題分析指定水體水面積 變化時序分析指定空間水面積 變化時序分析專題分析及成果導(dǎo)出產(chǎn)品制作專題圖制作按行政區(qū)查詢按流域查詢自定義查詢水體提取信息矢量合并報告制作目錄監(jiān)聽人

12、工批量導(dǎo)入圖像校正根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求分析成 果，通過對常規(guī)業(yè)務(wù)處理 和應(yīng)急業(yè)務(wù)處理兩類業(yè)務(wù) 流程分析，系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程 歸納為系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動推送、 水面積信息提取、水面積 提取信息后處理和專題分 析產(chǎn)品制作等四個階段處 理過程。業(yè)務(wù)流程3.應(yīng)用案例-水源地水體遙感監(jiān)測水 體 自 動 提 取水 3.應(yīng)用案例-水源地水體遙感監(jiān)測成果展示3.應(yīng)用案例-水源地水體遙感監(jiān)測成果展示3.應(yīng)用案例應(yīng)用 案例水保 監(jiān)測水政執(zhí)法種植結(jié)構(gòu)水源地 監(jiān)測洪澇監(jiān)測3.應(yīng)用案例應(yīng)用 案例水保 監(jiān)測水政種植水源地 監(jiān)測洪澇3.應(yīng)用案例-水土保持業(yè)務(wù)目標以生產(chǎn)建設(shè)項目的地表動土監(jiān)測為目標，進行北 京市生產(chǎn)建設(shè)項目分季度、分年度監(jiān)測，

13、支撐北 京市水土保持監(jiān)測和監(jiān)管。3.應(yīng)用案例-水土保持業(yè)務(wù)目標以生產(chǎn)建設(shè)項目的地表動土監(jiān)測3.應(yīng)用案例-水土保持衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源首期遙感數(shù)據(jù)多期遙感數(shù)據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)合解譯建立解譯標志現(xiàn)場調(diào)查結(jié)合解譯建立 解譯標志變化監(jiān)測分析土地利用動土專題信息圖土地利用生產(chǎn)建設(shè)項目 位置圖動土空間分布要素解讀地表動土 遙感監(jiān)測生產(chǎn)建設(shè)項目 動土提取業(yè)務(wù)流程3.應(yīng)用案例-水土保持衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)源首期遙感數(shù)據(jù)多期遙感數(shù)3.應(yīng)用案例-水土保持業(yè)務(wù)流程面向?qū)ο蠓指罴吧疃葘W(xué)習(xí)土地利用 信息提取3.應(yīng)用案例-水土保持業(yè)務(wù)流程面向?qū)ο蠓指罴吧疃葘W(xué)習(xí)土3.應(yīng)用案例-水土保持業(yè)務(wù)流程變化檢測的動土提取3.應(yīng)用案例-水土保持業(yè)務(wù)流程變

14、化檢測的動土提取3.應(yīng)用案例-水土保持成果展示3.應(yīng)用案例-水土保持成果展示3.應(yīng)用案例應(yīng)用 案例水保 監(jiān)測水政 執(zhí)法種植結(jié)構(gòu)水源地 監(jiān)測洪澇監(jiān)測3.應(yīng)用案例應(yīng)用 案例水保 監(jiān)測水政 執(zhí)法種植水源地 監(jiān)測3.應(yīng)用案例-湖北水政執(zhí)法業(yè)務(wù)目標為加強湖泊保護，保障湖泊功能，使千湖之省碧水長流， 建設(shè)湖泊衛(wèi)星遙感監(jiān)測系統(tǒng)，利用遙感影像和識別技術(shù)， 實現(xiàn)全省755個湖泊及湖泊水體管理范圍內(nèi)違建情況的變 化監(jiān)測和分析，用來指導(dǎo)當?shù)厮块T違建取證。3.應(yīng)用案例-湖北水政執(zhí)法業(yè)務(wù)目標3.應(yīng)用案例-湖北水政執(zhí)法湖泊影像裁切湖泊影像入庫湖泊影像查詢湖泊水體提取湖泊違法侵占提取水體成果入庫違法侵占信息入庫制圖統(tǒng)計

15、遙感影像預(yù)處理數(shù)據(jù)管理湖泊水體信息提取制圖統(tǒng)計業(yè)務(wù)流程3.應(yīng)用案例-湖北水政執(zhí)法湖泊影像裁切湖泊影像入庫湖泊影像3.應(yīng)用案例-湖北水政執(zhí)法成果展示湖泊監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)及管理范圍內(nèi)違建提取3.應(yīng)用案例-湖北水政執(zhí)法成果展示湖泊監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)及3.應(yīng)用案例-湖北水政執(zhí)法成果展示3.應(yīng)用案例-湖北水政執(zhí)法成果展示3.應(yīng)用案例應(yīng)用 案例水保 監(jiān)測水政執(zhí)法種植結(jié)構(gòu)水源地 監(jiān)測洪澇監(jiān)測3.應(yīng)用案例應(yīng)用 案例水保 監(jiān)測水政種植水源地 監(jiān)測洪澇3.應(yīng)用案例-洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測基于遙感影像的 洪澇災(zāi)害信息提取洪澇災(zāi)害 評估報告快速、準確業(yè)務(wù)目標洪澇災(zāi)害 事件發(fā)生3.應(yīng)用案例-洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測基于遙感影像的 洪澇災(zāi)害

16、信息3.應(yīng)用案例-洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)流程3.應(yīng)用案例-洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測業(yè)務(wù)流程3.應(yīng)用案例-洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測成果展示洪澇災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)3.應(yīng)用案例-洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測成果展示洪澇災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)3.應(yīng)用案例-洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測成果展示3.應(yīng)用案例-洪澇災(zāi)害遙感監(jiān)測成果展示3.應(yīng)用案例應(yīng)用 案例水保 監(jiān)測水政執(zhí)法種植 結(jié)構(gòu)水源地 監(jiān)測洪澇監(jiān)測3.應(yīng)用案例應(yīng)用 案例水保 監(jiān)測水政種植 結(jié)構(gòu)水源地 監(jiān)測3.應(yīng)用案例-灌區(qū)作物種植結(jié)構(gòu)業(yè)務(wù)目標為滿足灌區(qū)干旱監(jiān)測需求，快速、準確識別灌區(qū)作物種 植信息，利用面向?qū)ο蠛蜕疃葘W(xué)習(xí)的方法，提取作物覆 蓋情況，以河北省冬小麥地提取為例，進行方法研究。3.應(yīng)用案例-灌區(qū)作物

17、種植結(jié)構(gòu)業(yè)務(wù)目標3.應(yīng)用案例-作物種植結(jié)構(gòu)以河北省冬小麥為例種植結(jié)構(gòu)提取方法以提取冬小麥種植空間分布結(jié)構(gòu)為例， 梳理農(nóng)作物種植空間分布提取技術(shù)。選 擇高分一號衛(wèi)星,分辨率16m的遙感數(shù)據(jù) 作為主要數(shù)據(jù)源之一。此外還包括的數(shù)據(jù)源有：河北省土地利用分類柵格數(shù)據(jù)河北省縣級行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)河北省農(nóng)作物種植物候信息中國種植業(yè)信息網(wǎng)3.應(yīng)用案例-作物種植結(jié)構(gòu)以河北省冬小麥為例種植結(jié)構(gòu)提取方3.應(yīng)用案例-作物種植結(jié)構(gòu)1）影像選取由河北省主要作物物候表可以看出，3月中上旬耕地內(nèi)只有冬小麥生長，因 此選取3月中上旬GF-1遙感影像作為提取冬小麥源數(shù)據(jù)。GF-1號衛(wèi)星2017年3月8日河北地區(qū)遙感影像圖3.應(yīng)用案

18、例-作物種植結(jié)構(gòu)1）影像選取GF-1號衛(wèi)星2013.應(yīng)用案例-作物種植結(jié)構(gòu)影像分割前影像分割后2）面向?qū)ο蠓指蠲嫦驅(qū)ο蠓椒ㄊ且杂跋駥ο蟆癐mage object”為處理單元，而不是遙感影像的單個像 元，該方法的基本處理對象是通過多尺度分割產(chǎn)生的，即按照一定的均質(zhì)性條件對 原始影像中的像元進行區(qū)域合并形成同質(zhì)相鄰像元的集合體。面向?qū)ο蟮男畔⑻崛?方法是在利用遙感影像光譜信息的基礎(chǔ)上，還綜合的考慮影像對象的空間信息、紋 理信息以及領(lǐng)域?qū)ο蟮年P(guān)聯(lián)信息等。面向?qū)ο笥跋穹指钍疽鈭D如下所示：3.應(yīng)用案例-作物種植結(jié)構(gòu)影像分割前影像分割后2）面向?qū)ο?.應(yīng)用案例-作物種植結(jié)構(gòu)2） 基于NDVI閾值樣本篩選具體面向?qū)ο蠓指顓?shù)選擇3 個分割尺度，分別為50、30、18，平滑度選擇0.5。然后進 行NDVI閾值提取。在NDVI閾值過程中發(fā)現(xiàn)，無 法完全將冬小麥與山林區(qū)分 開來，因此將冬小麥與山林 一起提出，而后利用深度學(xué) 習(xí)分類方法進行分類。左圖為NDVI閾值提取結(jié)果圖（圖內(nèi)右上黃 色部分為山林，右下大面積黃色部分為冬小 麥種植區(qū)）3.應(yīng)用案例-作物種植結(jié)構(gòu)2） 基于NDVI閾值樣本篩選具3.應(yīng)用案例-作物