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自然资源遥感  2025, Vol. 37 Issue (3): 9-16    DOI: 10.6046/zrzyyg.2023394
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遥感主流教学科研软件在复杂矿山场景土地利用分类中的对比研究
张成业1,2(), 李梦圆1, 邢江河1(), 邱宇航1
1.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京 100083
2.中国矿业大学(北京)煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,北京 100083
Comparative study of popular remote sensing teaching and research software for land use classification in a complex mine scene
ZHANG Chengye1,2(), LI Mengyuan1, XING Jianghe1(), QIU Yuhang1
1. College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China
2. State Key Laboratory of Coal Fine Exploration and Intelligent Development, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China
全文: PDF(4756 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 遥感图像处理软件的性能直接制约了相关工作者开展教学和科研活动的效果和效率。该文以复杂矿山场景土地利用分类为任务对象,对比研究了PIE,ENVI,ERDAS和eCognition等主流遥感软件以及分析了自研的深度学习算法的性能。结果表明: ①ENVI在常规方法面向像元分类时表现出最高的总体精度(overall accuracy,OA)和Kappa系数,但分类效率最低,相比之下,ERDAS在兼顾较高精度的条件下运行效率最高; ②eCognition在常规方法面向对象分类时取得了最优的OA和Kappa,也具备较高的运行效率; ③深度卷积神经网络算法相较于常规方法的分类结果具有明显的精度优势。文章定量地揭示了不同软件在不同策略方法上的性能表现,能够为相关工作者选择合适的图像处理软件、提升教学效果和科研效率提供科学依据。
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张成业
李梦圆
邢江河
邱宇航
关键词 遥感软件复杂矿山土地利用分类教学科研神经网络    
Abstract

The performance of remote sensing image processing software directly influences the effectiveness and efficiency of teaching and research activities conducted by related workers. Focusing on land use classification in a complex mine scene, this study comparatively investigated the performance of popular remote sensing software including Pixel Information Expert (PIE), Environment for Visualizing Images (ENVI), ERDAS IMAGINE (ERDAS), and eCognition Developer (eCognition), and the self-developed deep learning algorithm. The results show that ENVI yielded the highest overall accuracy (OA) and Kappa coefficient but the lowest classification efficiency in conventional pixel-oriented classification. In contrast, ERDAS exhibited the highest operational efficiency while maintaining relatively high accuracy. eCognition achieved the optimal OA and Kappa coefficient and relatively high operational efficiency in conventional object-oriented classification. The deep convolutional neural network algorithm demonstrated superior accuracy over the classification results of conventional methods. Overall, this study quantitatively revealed the performance of various software on different strategies and methods, providing a scientific basis for related workers to choose appropriate image processing software and improve teaching effect and research efficiency.

Key wordsremote sensing software    complex mine    land use classification    teaching and research    neural network
收稿日期: 2023-12-20      出版日期: 2025-07-01
ZTFLH:  TP79  
基金资助:国家自然科学基金项目“露天煤矿区植被扰动过程遥感提取方法与全国分区时空规律挖掘”(42371347);教育部产学合作协同育人项目“面向PIE首套实践教材的遥感数字图像处理体验式课程建设与共享”(202101162010)
通讯作者: 邢江河(1997-),男,博士研究生,主要从事矿区土地利用遥感识别等研究。Email: xingjh0929@163.com
作者简介: 张成业(1991-),男,博士,副教授、博导,主要从事矿区生态遥感监测等研究。Email: czhang@cumtb.edu.cn
引用本文:   
张成业, 李梦圆, 邢江河, 邱宇航. 遥感主流教学科研软件在复杂矿山场景土地利用分类中的对比研究[J]. 自然资源遥感, 2025, 37(3): 9-16.
ZHANG Chengye, LI Mengyuan, XING Jianghe, QIU Yuhang. Comparative study of popular remote sensing teaching and research software for land use classification in a complex mine scene. Remote Sensing for Natural Resources, 2025, 37(3): 9-16.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2023394      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2025/V37/I3/9
Fig.1  研究区位置与遥感影像图
土地利用类型 训练集样本 测试集样本 总计
露天采场 331 116 447
排土场 218 108 326
复垦区 240 107 347
建筑 200 120 320
植被 344 175 519
裸地 201 102 303
总计 1 534 728 2 262
Tab.1  Number of samples for different land use types(个)
Fig.2  ODCC的网络结构
面向像元
分类方法
PIE-
Basic
PIE-
Engine AI
ENVI ERDAS eCognition
最小距离法 × ×
最大似然法 × ×
支持向量机法 × ×
Attention_UNet × × × ×
Tab.2  面向像元分类的对比实验
面向对象
分类方法
PIE-SIAS ENVI ERDAS eCognition Python+
PyCharm
最小距离法 × ×
最大似然法 × × ×
支持向量机法 × ×
ODCC × × × ×
Tab.3  面向对象分类的对比实验
处理方法 参数设置
最小距离法
最大似然法
支持向量机法 核函数: Radial Basis Function;惩罚系数: 20
深度卷积神经网络法 学习率: 0.000 1;迭代次数: 300;批次大小: 16;优化器:随机梯度下降
面向对象分类前处理 多尺度分割,分割尺度: 50;形状因子权重: 0.3;紧致度权重: 0.5
Tab.4  不同方法参数设置
分类方法 软件 OA/% Kappa 时间/s
最小距离法 PIE-Basic 63.09 0.551 12
ENVI 67.19 0.601 51
ERDAS 61.99 0.539 9
最大似然法 PIE-Basic 70.03 0.632 47
ENVI 69.24 0.622 64
ERDAS 67.08 0.596 15
支持向量机法 PIE-Basic 67.67 0.607 68
ENVI 73.34 0.673 162
ERDAS 71.14 0.647 36
Attention_UNet PIE-Engine AI 85.65 0.825
Tab.5  面向像元分类的精度和运行时间对比
分类方法 软件 OA/% Kappa 分割时间/s 分类时间/s 总时间/s
最小距离法 PIE-SIAS 72.60 0.664 53 9 62
ENVI 73.66 0.679 96 22 118
eCognition 75.87 0.706 89 4 93
最大似然法 PIE-SIAS 74.29 0.686 53 38 91
eCognition 76.66 0.716 89 4 93
支持向量机法 PIE-SIAS 73.50 0.677 53 56 109
ENVI 75.39 0.700 96 211 307
eCognition 78.39 0.737 89 5 94
ODCC Python+Pycharm 93.95 0.940
Tab.6  面向对象分类的精度和运行时间对比
Fig.3-1  4个分类实验的结果
Fig.3-2  4个分类实验的结果
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