[發明專利]一種基于圖像銳化的時序數據耕地提取方法

有效

• 申請號: 202110421926.8
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113205014B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 眭海剛;王建勛;李強;段志強;肖昶;王海濤;王挺;程旗
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06V20/10
• 分類號: G06V20/10;G06V10/764;G06V10/774;G06K9/62;G06T5/00;G06F16/58;G06F16/583
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 王琪

本發明公開了一種基于圖像銳化的時序數據耕地提取方法，包括如下步驟：1)輸入單時相高空間分辨率遙感影像全色波段并進行數據預處理；2)輸入多時相Sentinel?2遙感影像多光譜波段并進行數據預處理；3)基于單時相高空間分辨率全色波段和多時相Sentinel?2多光譜波段進行Gram?Schmidt圖像銳化操作，生成高空間分辨率時序數據；4)基于高空間分辨率時序數據，計算歸一化差異植被指數和土壤調節植被指數，生成植被指數時間序列數據集；5)構建分類樣本庫并進行分層抽樣；6)利用隨機森林的分類方法對作物類型進行識別，并對比原始時間序列數據提取結果與銳化后的時間序列提取結果；7)將提取的所有類型的耕地進行整合，生成耕地要素提取結果。

技術領域

本發明涉及一種遙感農情監測方法，特別是指一種基于圖像銳化的時序數據耕地提取方法。

背景技術

以土地資源為生產對象的農業作為國家的第一產業，支撐著國民經濟的建設與發展，也是聯合國可持續發展的重要組成部分。實時準確地監測耕地也是21世紀糧食安全的關鍵所在。耕地資源要素空間分布是耕地管理、精準農業以及土地確權的基本要求。然而，傳統的耕地資源監測主要是以實地調查監測的方式為主，這種方式耗時耗力，滿足不了大范圍、快速準確監測的要求。隨著遙感技術的發展和各種智能化技術的提高，越來越多的生產部門將遙感作為主要是監測方式進行耕地資源監測，其周期性、時效性以及經濟性的特點受到很大的利用。因此，以遙感技術為基礎的耕地資源監測是今后國情監測、土地權屬分配等領域的重要支撐技術。

當前，基于遙感技術的耕地資源監測受到諸多因素的影響：1)復雜自然環境中，耕地要素在區域之間的差異明顯，特別是不同區域的地形地貌的不同，導致耕地資源要素在遙感影像上呈現完全不一致的特點。例如：東北地區主要以平原為主，地塊規整；而南方低山丘陵區地勢連綿起伏，小農特征明顯，耕地破碎化程度嚴重，邊界模糊；2)耕地具有典型的季節性特征，相同區域內由于作物類型與種植模式的差異，導致區域內耕地類型異質性較大，復雜的物候特征增加了其監測的難度；3)高時空遙感數據可用性不足。盡管越來越多的數據源能夠為農業監測帶來契機，但是遙感數據卻依然無法在時間和空間分辨率上達到一種平衡

多源遙感影像時空融合雖然可以在一定程度上解決遙感數據在時間分辨率和空間分辨率上難以統一的問題，但是多源數據間跨尺度和跨模態匹配問題仍是一大挑戰，并且時空融合結果大多是構建中分辨率數據集，而高空間分辨率時序數據集仍然很匱乏。隨著各種智能化技術的提高，以機器學習為主的人工智能方法逐漸適應了遙感領域，此類方法模型具有良好的魯棒性，并且能產生相對較好的監測結果，但是依然受到農業監測最主要的一個問題：真實樣本數據缺乏，特別是季節性描述樣本的不足。因此，針對耕地監測以及當今農業監測領域所面臨的耕地監測難、監測粒度不精確、數據的高時空特性不足等問題，通過融合多源不同尺度多源遙感數據，構建高空間率時序數據集，基于機器學習的方法實現高精度、低成本、大范圍的耕地資源要素遙感監測研究，是當前農業遙感研究和應用重要一項內容。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠有效進行耕地資源監測的基于圖像銳化的時序數據耕地要素識別方法。

為實現上述目的，本發明所提供的一種基于圖像銳化的時序數據耕地提取方法，包括如下步驟：

1)輸入單時相高空間分辨率遙感影像全色波段并進行數據預處理；預處理步驟包括正射校正、輻射校正、幾何配準、影像裁剪等。在幾何配準時，需要手工選擇若干控制點與輔助數據(例如谷歌數據等)進行幾何配準。

2)輸入L2A級別的多時相時間序列Sentinel-2影像并對其進行批量預處理，即通過歐空局SNAP平臺進行格式轉換輸出與批量裁剪處理；

3)對于步驟1)和步驟2)的結果，基于單時相高空間分辨率全色波段和多時相Sentinel-2多光譜波段進行Gram-Schmidt圖像銳化操作，生成高空間分辨率時序數據；