Please wait a minute...
 
自然资源遥感  2024, Vol. 36 Issue (3): 240-247    DOI: 10.6046/zrzyyg.2023135
  技术应用 本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索 |
Landsat和GF数据面向对象土地覆盖分类研究
尚明1,2(), 马杰2,3(), 李悦1, 赵菲4, 顾鹏程5, 潘光耀6, 李倩2,7, 任阳阳1,8
1.河北工程大学地球科学与工程学院,邯郸 056038
2.新疆干旱区水循环与水利用重点实验室,中国科学院新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐 830011
3.河北工程大学建筑与艺术学院,邯郸 056038
4.中国卫通集团股份有限公司,北京 100190
5.中国国土勘测规划院,北京 100871
6.景朗生态环境技术(武汉)有限公司,武汉 420111
7.荒漠与绿洲生态国家重点实验室,中国科学院新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐 830011
8.河北省地理信息集团有限公司,石家庄 050000
Exploring the object-oriented land cover classification based on Landsat and GF data
SHANG Ming1,2(), MA Jie2,3(), LI Yue1, ZHAO Fei4, GU Pengcheng5, PAN Guangyao6, LI Qian2,7, REN Yangyang1,8
1. School of Earth Science and Engineering, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China
2. Xinjiang Key Laboratory of Water Cycle and Utilization in Arid Zone, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China
3. School of Architecture and Art, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China
4. China Satellite Communications Co., Ltd., Beijing 100190, China
5. China Land Surveying and Planning Institute, Beijing 100871, China
6. Jinglang Ecological Environment Technology (Wuhan) Co., Ltd., Wuhan 420111, China
7. State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology, Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China
8. Hebei Geographic Information Group Co., Ltd., Shijiazhuang 050000, China
全文: PDF(16457 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

针对中分辨率遥感数据面向对象分类,以河北省北部山区和南部平原Landsat8 OLI,Landsat5 TM及高分一号(GF1)数据为研究对象,对支持向量机(support vector machine,SVM)、随机森林(random forest,RF)、决策树(decision tree,DT)及朴素贝叶斯(naive Bayes,NB)4种分类器的土地覆盖分类效果进行对比,并分析SVM,RF和DT中关键参数对分类结果的影响。结果表明: 在2个研究区,各分类器结果略有差异,从整体上看其优劣排序为SVM,NB,RF和DT。其中SVM和DT分类精度随参数变化波动较大: 对于SVM,当参数C取值不小于103gamma不大于10-1时,无论哪种情况其分类精度均优于90%; 对于DT,当参数树深(Depth)大于3时,各情况下的分类精度相对较高且趋于稳定。RF分类精度随参数变化波动较小且没有明显的变化规律。研究结果可为中分辨率遥感数据面向对象土地覆盖分类研究提供参考。

服务
把本文推荐给朋友
加入引用管理器
E-mail Alert
RSS
作者相关文章
尚明
马杰
李悦
赵菲
顾鹏程
潘光耀
李倩
任阳阳
关键词 面向对象分类分类器Landsat高分一号土地覆盖    
Abstract

This study aims to explore the object-oriented classification based on moderate-resolution remote sensing data. Using the Landsat8 OLI, Landsat5 TM, and GF1 data obtained from the northern mountainous area and the southern plain area in Hebei Province, this study compared the land cover classification effects of four classifiers: support vector machine (SVM), random forest (RF), decision tree (DT), and naive Bayes (NB). Moreover, it analyzed the impacts of critical parameters in SVM, RF, and DT on the classification results. The findings indicate that the classification results of the classifiers vary slightly in the two study areas, with their effects decreased in the order of SVM, NB, RF, and DT. The classification accuracies of SVM and DT fluctuated significantly with parameter changes. With C values not below 103 and gamma values not exceeding 10-1, SVM can yield classification accuracies above 90% in all cases. With depth values over 3, DT exhibits relatively high and stable classification accuracies. With parameter changes, RF manifests slightly varying classification accuracies with nonsignificant variation patterns. The results of this study serve as a reference for exploring the object-oriented land cover classification based on moderate-resolution remote sensing data.

Key wordsobject-oriented classification    classifier    Landsat    GF1    land cover
收稿日期: 2023-05-16      出版日期: 2024-09-03
ZTFLH:  P407.8  
  TP79  
基金资助:邯郸市科学技术研究与发展计划项目“面向对象的邯郸市土地覆被变化及生态服务功能评价”(21422903273);新疆干旱区水循环与水利用重点实验室开放课题“干旱区融雪径流模拟研究——以玛纳斯河流域为例”(XJYS0907-2023-11);国家自然科学基金项目“华北平原农田最大羧化速率和光合色素的关系及其生产力模拟研究”(32001130);河北省自然科学基金项目“基于叶片光合能力和叶绿素含量同步观测的河北冬小麦-夏玉米生产力模拟研究”(C2021402011)
通讯作者: 马 杰(1983-),女,博士,讲师,主要从事生态水文研究。Email: 83majie@163.com
作者简介: 尚 明(1988-),男,博士,讲师,主要从事遥感及GIS技术应用。Email: shangming@hebeu.edu.cn
引用本文:   
尚明, 马杰, 李悦, 赵菲, 顾鹏程, 潘光耀, 李倩, 任阳阳. Landsat和GF数据面向对象土地覆盖分类研究[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(3): 240-247.
SHANG Ming, MA Jie, LI Yue, ZHAO Fei, GU Pengcheng, PAN Guangyao, LI Qian, REN Yangyang. Exploring the object-oriented land cover classification based on Landsat and GF data. Remote Sensing for Natural Resources, 2024, 36(3): 240-247.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2023135      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2024/V36/I3/240
Fig.1  研究区位置及遥感影像
Fig.2  研究区1各数据4种分类器结果
Fig.3  研究区2各数据4种分类器结果
分类器 研究区1 研究区2
OLI TM GF1 平均值 OLI TM GF1 平均值
SVM 98.00 96.00 98.00 97.33 99.06 98.13 97.19 98.13
RF 97.43 94.86 96.00 96.10 96.56 99.06 96.56 97.39
DT 92.57 88.00 93.43 91.33 95.31 96.56 91.56 94.48
NB 97.71 97.43 98.00 97.71 95.94 98.13 96.56 96.88
Tab.1  研究区各数据分类结果总体精度
Fig.4  SVM随参数Cgamma变化的分类精度
分类器 研究区1 研究区2
OLI TM GF1 OLI TM GF1
SVM(C,gamma) (106,10-5) (103,10-3) (102,10-3)
(101,10-2)
(102,10-2) (103/104/
105/106/107
/108,10-2)
(105,10-5)
(104,10-4)
RF(AV,MTN) (1,400) (7,500) (1,100/300/400)
(2,350)
(14,300) (1/4,350) (2,350/450)
DT(Depth) 4 3 9/13/15 5/7/10/13/14 3/8/15 3/11/15
Tab.2  各数据3种分类器最优参数
Fig.5-1  RF随参数AV和MTN变化的分类精度
Fig.5-2  RF随参数AV和MTN变化的分类精度
Fig.6  DT随参数Depth变化的分类精度
[1] 吴玉鑫, 王卷乐, 韩保民, 等. 基于时空谱特征的墨脱县森林分类方法与实现[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(1):180-188.doi:10.6046/zrzyyg.2022016.
Wu Y X, Wang J L, Han B M, et al. Forest classification for Motuo County:A method based on spatio - temporal - spectral characteristics[J]. Remote Sensing for Natural Resources, 2023, 35(1):180-188.doi:10.6046/zrzyyg.2022016.
[2] 梁晨欣, 黄启厅, 王思, 等. 基于多时相遥感植被指数的柑橘果园识别[J]. 农业工程学报, 2021, 37(24):168-176.
Liang C X, Huang Q T, Wang S, et al. Identification of citrus orchard under vegetation indexes using multi-temporal remote sensing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2021, 37(24):168-176.
[3] 姚昆, 张存杰, 何磊, 等. 雅砻江中上游流域生态环境脆弱性动态评价及预测[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(4):199-208.doi:10.6046/gtzyyg.2020.04.25.
Yao K, Zhang C J, He L, et al. Dynamic evaluation and prediction of ecological environment vulnerability in the middle-upper reaches of the Yalong River[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2020, 32(4):199-208.doi:10.6046/gtzyyg.2020.04.25.
[4] 张雨, 明冬萍, 赵文祎, 等. 基于高分光学卫星影像的泸定地震型滑坡提取与分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(1):161-170.doi:10.6046/zrzyyg.2022434.
Zhang Y, Ming D P, Zhao W Y, et al. The extraction and analysis of Luding earthquake-induced landslide based on high-resolution optical satellite images[J]. Remote Sensing for Natural Resources, 2023, 35(1):161-170.doi:10.6046/zrzyyg.2022434.
[5] 杜浩国, 林旭川, 卢永坤, 等. 基于遥感影像的震后避难空间快速提取模型研究——以2021年云南漾濞M_S6.4地震为例[J]. 地震研究, 2023, 46(1):116-127.
Du H G, Lin X C, Lu Y K, et al. Study on the rapid extraction model of post-earthquake shelter sites based on remote sensing images:A case study of the Yangbi MS6.4 Earthquake[J] Journal of Seismological Research, 2023, 46(1):116-127.
[6] 李天驰, 王道儒, 赵亮, 等. 基于Landsat8遥感数据的西沙永乐环礁底质分类与变化分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2):70-79.doi:10.6046/zrzyyg.2022207.
Li T C, Wang D R, Zhao L, et al. Classification and change analysis of the substrate of the Yongle Atoll in the Xisha Islands based on Landsat8 remote sensing data[J]. Remote Sensing for Natural Resources, 2023, 35(2):70-79.doi:10.6046/zrzyyg.2022207.
[7] 王芳, 杨武年, 王建, 等. GF-2影像城市地物分类方法探讨[J]. 测绘通报, 2019(7):12-16.
doi: 10.13474/j.cnki.11-2246.2019.0210
Wang F, Yang W N, Wang J, et al. Discussion on classification methods of urban features based on GF-2 images[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2019(7):12-16.
doi: 10.13474/j.cnki.11-2246.2019.0210
[8] 肖武, 任河, 吕雪娇, 等. 基于无人机遥感的高潜水位采煤沉陷湿地植被分类[J]. 农业机械学报, 2019, 50(2):177-186.
Xiao W, Ren H, Lyu X J, et al. Vegetation classification by using UAV remote sensing in coal mining subsidence wetland with high ground-water level[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2019, 50(2):177-186.
[9] Myint S W, Gober P, Brazel A, et al. Per-pixel vs.object-based classification of urban land cover extraction using high spatial resolution imagery[J]. Remote Sensing of Environment, 2011, 115(5):1145-1161.
[10] 胡荣明, 魏曼, 杨成斌, 等. 以SPOT5遥感数据为例比较基于像素与面向对象的分类方法[J]. 遥感技术与应用, 2012, 27(3):366-371.
Hu R M, Wei M, Yang C B, et al. Taking SPOT5 remote sensing data for example to compare pixel-based and object-oriented classification[J]. Remote Sensing Technology and Application, 2012, 27(3):366-371.
[11] 王春霞, 张俊, 李屹旭, 等. 复杂环境下GF-2影像水体指数的构建及验证[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(3):50-58.doi:10.6046/zrzyyg.2021227.
Wang C X, Zhang J, Li Y X, et al. The construction and verification of a water index in the complex environment based on GF-2 images[J]. Remote Sensing for Natural Resources, 2022, 34(3):50-58.doi:10.6046/zrzyyg.2021227.
[12] 陈丽萍, 孙玉军. 基于不同决策树的面向对象林区遥感影像分类比较[J]. 应用生态学报, 2018, 29(12):3995-4003.
doi: 10.13287/j.1001-9332.201812.015
Chen L P, Sun Y J. Comparison of object-oriented remote sensing image classification based on different decision trees in forest area[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2018, 29(12):3995-4003.
[13] 董哲, 王凌, 朱西存, 等. 光谱模型结合面向对象法的山区水体提取[J]. 遥感信息, 2022, 37(4):121-127.
Dong Z, Wang L, Zhu X C, et al. Water extraction in mountainous area based on spectral model and object-oriented method[J]. Remote Sensing Information, 2022, 37(4):121-127.
[14] 聂倩, 七珂珂, 赵艳福. 融入超像素分割的高分辨率影像面向对象分类[J]. 测绘通报, 2021(6):44-49.
doi: 10.13474/j.cnki.11-2246.2021.0174
Nie Q, Qi K K, Zhao Y F. Object-oriented classification of high-resolution image combining super-pixel segmentation[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2021(6):44-49.
doi: 10.13474/j.cnki.11-2246.2021.0174
[15] 黄亮, 吴春燕, 李小祥, 等. 基于弱监督语义分割的灯盏花无人机遥感种植信息提取[J]. 农业机械学报, 2022, 53(4):157-163,217.
Huang L, Wu C Y, Li X X, et al. Extraction of erigeron breviscapus planting information by unmanned aerial vehicle remote sensing based on weakly supervised semantic segmentation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, 2022, 53(4):157-163,217.
[16] 尚明. 中分辨率遥感数据面向对象分类的影响要素研究[D]. 北京: 中国科学院大学, 2018.
Shang M. Research on influence factors of object-based classification of medium resolution remote sensing data[D]. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences, 2018.
[17] Shang M, Wang S X, Zhou Y, et al. Effects of training samples and classifiers on classification of Landsat8 imagery[J]. Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 2018, 46(9):1333-1340.
[18] Ma L, Li M C, Ma X X, et al. A Review of supervised object based land-cover image classification[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2017, 130:277-293.
[19] Qian Y G, Zhou W Q, Yan J L, et al. Comparing machine learning classifiers for object-based land cover classification using very high resolution imagery[J]. Remote Sensing, 2014, 7(1):153-168.
[20] Shang M, Wang S X, Zhou Y, et al. Object-based image analysis of suburban landscapes using Landsat8 imagery[J]. International Journal of Digital Earth, 2019, 12(6):720-736.
[21] Faris H, Hassonah M A, Al-Zoubi A M, et al. A multi-verse optimizer approach for feature selection and optimizing SVM parameters based on a robust system architecture[J]. Neural Computing and Applications, 2018, 30(8):2355-2369.
[22] 杜科林, 官云兰, 裴东东, 等. 基于PSO参数优化支持向量机的湿地遥感分类——以鄱阳湖部分区域为例[J]. 江西科学, 2018, 36(1):66-72,129.
Du K L, Guan Y L, Pei D D, et al. Remote sensing classification of Poyang Lake wetland based on PSO parameter optimized support vector machine[J]. Jiangxi Science, 2018, 36(1):66-72,129.
[23] Ma L, Cheng L, Li M C, et al. Training set size,scale,and features in geographic object-based image analysis of very high resolution unmanned aerial vehicle imagery[J]. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2015, 102:14-27.
[24] 石彩霞, 赵传钢, 庞蕾. 基于超像素统计量的随机森林遥感图像分类[J]. 计算机应用研究, 2018, 35(12):3798-3802.
Shi C X, Zhao C G, Pang L. Research on random forest remote sensing image classification based on superpixel statistics[J]. Application Research of Computers, 2018, 35(12):3798-3802.
[25] 李恒凯, 王利娟, 肖松松. 基于多源数据的南方丘陵山地土地利用随机森林分类[J]. 农业工程学报, 2021, 37(7):244-251.
Li H K, Wang L J, Xiao S S. Random forest classification of land use in hilly and mountaineous areas of southern China using multi-source remote sensing data[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2021, 37(7):244-251.
[1] 张昊杰, 杨立娟, 施婷婷, 王帅. GF-6 WFV传感器数据的缨帽变换系数推导[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(2): 105-115.
[2] 赵辉, 陈振, 冯超帆, 张通, 赵学晶, 张兆旭. 基于Landsat影像的鄱阳湖面积监测及其与水位关系研究[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(2): 198-206.
[3] 冯倩, 张佳华, 邓帆, 吴贞江, 赵恩灵, 郑培鑫, 韩杨. 基于特征优选和时空融合算法的黄河三角洲湿地类别制图方法研究[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(2): 39-49.
[4] 刘晓亮, 王志华, 邢江河, 周睿, 杨晓梅, 刘岳明, 张俊瑶, 孟丹. 融合多源地理数据与高分辨率遥感影像的尾矿库识别与监测——以云南省个旧市为例[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(1): 103-109.
[5] 刘源, 李婷. 城市化进程下厦门市海岸线形态时空变化分析[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(1): 267-274.
[6] 何苏玲, 贺增红, 潘继亚, 王金亮. 基于多模型的县域土地利用/土地覆盖模拟[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 201-213.
[7] 刘涵薇, 陈富龙, 廖亚奥. 明长城(北京段)遥感动态监测与影响驱动分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 255-263.
[8] 梁茜亚, 王卷乐, 李朋飞, DAVAADORJ Davaasuren. 基于GF-1影像的蒙古高原干旱半干旱地区自然道路提取——以蒙古国古尔班特斯苏木为例[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 122-131.
[9] 李娜, 甘甫平, 董新丰, 李娟, 张世凡, 李彤彤. 基于高分五号高光谱数据的石漠化调查应用研究[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 230-235.
[10] 于森, 贾明明, 陈高, 鲁莹莹, 李毅, 张博淳, 路春燕, 李慧颖. 基于LandTrendr算法海南东寨港红树林扰动研究[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 42-49.
[11] 石敏, 李慧颖, 贾明明. 基于GEE云平台与Landsat数据的山口自然保护区红树林时空变化分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 61-69.
[12] 李天驰, 王道儒, 赵亮, 凡仁福. 基于Landsat8遥感数据的西沙群岛永乐环礁底质分类与变化分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 70-79.
[13] 秦乐, 何鹏, 马玉忠, 刘建强, 杨彬. 基于时空谱特征的遥感影像时间序列变化检测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 105-112.
[14] 陈慧欣, 陈超, 张自力, 汪李彦, 梁锦涛. 一种基于Google Earth Engine云平台的潮间带遥感信息提取方法[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 60-67.
[15] 李毅, 程丽娜, 鲁莹莹, 张博淳, 于森, 贾明明. 基于最大值合成和最大类间方差法莱州湾滨海滩涂变化研究[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 68-75.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
京ICP备05055290号-2
版权所有 © 2015 《自然资源遥感》编辑部
地址:北京学院路31号中国国土资源航空物探遥感中心 邮编:100083
电话:010-62060291/62060292 E-mail:zrzyyg@163.com
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发