社区所有版块导航
Python
python开源   Django   Python   DjangoApp   pycharm  
DATA
docker   Elasticsearch  
aigc
aigc   chatgpt  
WEB开发
linux   MongoDB   Redis   DATABASE   NGINX   其他Web框架   web工具   zookeeper   tornado   NoSql   Bootstrap   js   peewee   Git   bottle   IE   MQ   Jquery  
机器学习
机器学习算法  
Python88.com
反馈   公告   社区推广  
产品
短视频  
印度
印度  
Py学习  »  机器学习算法

Journal of Remote Sensing|基于 Sentinel‑1、Sentinel‑2 与 PlanetScope 机器学习分类的地统计数据融合湿地淹没制图

GEE遥感训练营 • 2 周前 • 91 次点击  

论文摘要



研究背景:连续的高分辨率淹没数据对于了解小规模、短期的湿地淹没如何影响全球甲烷排放和碳循环是必要的。小型(<1 000 平方米)、淹没情况多变的湿地是重要的甲烷来源,但低分辨率的卫星产品常常无法捕捉到它们的动态变化。将分辨率小于 30 米的光学和雷达图像结合起来,比单一传感器方法更有效,但仍存在两个需求:(a)了解不同传感器在检测植被湿地淹没方面的相对优势和局限性;(b)开发能够利用这些传感器特性,将不同分辨率的稀疏、不规则分类图转换为完整、一致覆盖的方法。
研究目标:为了解决上述问题,评估 Sentinel‑1、Sentinel‑2、PlanetScope 不同传感器对湿地淹没的识别能力,同时构建融合框架,把多源稀疏不规则分类结果转换为高分辨率连续的湿地淹没数据,实现对短期湿地淹没动态的监测,支撑湿地甲烷排放预测。
研究方法:首先评估了不同传感器,使用哨兵‑1(Sentinel‑1)、哨兵‑2(Sentinel‑2)和 PlanetScope 图像,对 2017 年至 2022 年北卡罗来纳州东部某湿地的淹没情况进行了分类。我们使用基于树的机器学习模型将像素分类为旱地、淹没植被或开阔水域,并比较了每个模型生成的淹没频率图。接下来,我们引入了一个基于固定秩克里金法(一种时空统计模型)的融合框架,将二元分类图融合为 6 米分辨率的每日淹没概率。将该融合方法结果与广泛使用的卫星衍生数据产品 —— 陆地卫星动态地表水体范围(Landsat Dynamic Surface Water Extent)进行对比,检验其对短期淹没波动的捕捉能力。
研究结果:哨兵‑2 随机森林模型的精度最高(93.9%),其次是 PlanetScope(88.4%)和哨兵‑1(84.6%)模型。这种融合方法平衡了单个传感器的变异性,并检测到了广泛使用的卫星衍生数据产品 —— 陆地卫星动态地表水体范围(Landsat Dynamic Surface Water Extent)所遗漏的短期淹没波动。通过表征传感器性能并将该信息转化为多传感器融合方法,这项工作能够高分辨率、连续监测对预测湿地甲烷排放至关重要的淹没动态。

关键图表



图1.研究区地图,展示 2019 年美国国家土地覆盖数据库土地覆盖类别、实地观测点位,插图标示融合方法应用的空间范围。右下角小插图显示研究区在北卡罗来纳州及周边各州中的地理位置。

图2.本研究采用的基于机器学习的数据融合框架工作流程。首先对卫星影像做预处理,再使用机器学习模型完成分类,得到的淹没地图作为固定秩克里金(FRK)数据融合模型的输入。

图3.空间域对比:(A) 谷歌地球卫星影像;(B) 真实淹没过程;(C) 较高分辨率分类结果(来自 PlanetScope);(D) 较低分辨率分类结果(来自 Sentinel‑1/2)。(E) 展示 Sentinel‑1/2 与 PlanetScope 像元足迹(虚线)、像元中心点(圆点)叠加在固定秩克里金(FRK)生成的基础面单元(BAU)预测网格之上。

图4.各传感器在相对干旱日期(上行)和相对湿润日期(下行)的分类结果示例图。

图5.2017‑2021 年每个像元被分类为淹没状态的时间占比。黑色代表极少或从未发生淹没的像元,浅青色代表长期或高频淹没区域。插图 X、Y 展示典型区域,并列展示各传感器得到的淹没频率以及谷歌地球真彩色影像。

图6.第 1 行:待预测的真实过程 Y;第 2 行:含云条件下得到的 3 m、10 m 分辨率遥感观测 Z;第 3 行:融合得到的各像元淹没概率图;第 4 行:由 90% 预测区间宽度表征的对应不确定性分布图。

图7.融合方法捕捉短期淹没事件的示例。左侧示例 A:马特穆斯基特湖周边农田,展示 8 月 12 日干旱状态向 8 月 20 日淹没状态的转变,以及对应的融合结果与单传感器分类结果。右侧示例 B:通量塔 US‑NC4 附近湿地,展示 2021 年 6 月 17‑21 日期间,融合模型如何整合 Sentinel‑1、Sentinel‑2、PlanetScope 相互存在差异的观测结果。为节约篇幅,图中仅展示部分融合时序结果。

图8.融合子区 A、B、C(见图 1 插图)结果图。左列:真彩色影像(谷歌 / Esri 卫星底图);中间列:单日淹没概率示例图;右列:采用 50% 淹没概率阈值得到的 2019 年全年像元淹没天数占比图。

图9.融合子区 A 结果汇总。上图:融合方法得到的总淹没面积时间序列,不同颜色代表不同淹没概率阈值;中图:通量塔 US‑NC2 处相对于地表的地下水位;下图:US‑NC2 站点实测降水量。

图10.柱状图,统计 2019 年全部融合区域(上行总览)以及各个融合子区(下方分图)的总淹没面积。每个区域分别给出原始观测结果与间隙填充后的结果。

版权声明

声明:本推文仅用于学习交流,不做其他任何目的。若有侵权,请联系微信号:GeeStudy_2020删除或修改!论文doi链接:https://doi.org/10.34133/remotesensing.1077,点赞、收藏、关注!

更多阅读



Journal of Remote Sensing|中国科学院左丽君团队:基于物候辅助采样实现单作与间作玉米全国制图 —— 以肯尼亚为例

2026-10-17

Agricultural and Forest Meteorology|西北农林科技大学赵刚团队:中国冬小麦晚春霜冻及其减产风险的时空演变

2026-10-16

ISPRS最新成果 |面向城市土地利用变化检测:基于对象图学习弥合土地覆被‑土地利用语义鸿沟

2026-10-15



Python社区是高质量的Python/Django开发社区
本文地址:http://www.python88.com/topic/202422