基于Landsat时间序列遥感数据的山区茶园提取研究

来源 :西南林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:scz
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
过去几十年,对茶叶的高需求推动了热带和亚热带地区茶园的扩张。茶树种植促进经济发展并创造就业机会,但茶树种植规模的扩大对生物多样性、碳和水循环以及生态系统服务具有重大影响。及时绘制茶园的空间分布,对于土地利用管理和政策制定至关重要。但是,由于热带和亚热带地区茶园物候特征不明显,茶园的提取及制图面临巨大挑战。因此,本文以美国陆地卫星(Landsat)ETM+/OLI及DEM为数据源,以云南省三大主要产茶区(临沧市、普洱市及西双版纳傣族自治州)为研究区,利用实地调研数据及在谷歌地球(Google earth,GE)上手动矢量化的各类典型地物样本,在谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)平台上分别绘制三种典型地物(茶园、自然林及农田)的各种植被指数的时间序列图,对比分析三种地物及不同植被指数在茶园物候期内茶园与其他地物的可分性。首先,应用便携式高光谱仪(Analytical Spectral Devices,ASD)对未修剪茶园以及修剪茶园样本进行光谱测量,发现茶园修剪前后的光谱在红波段、近红外波段以及短波红外波段有显著差异;通过Landsat对修剪及未修剪茶园样地进行光谱反演发现在上述三个波段上同样存在显著差异,且与光谱仪测量结果变化趋势一致,佐证了可以利用Landsat影像进行大区域茶园提取。本文结合实地调研、拍照拾取坐标、二调数据以及影像目视解译获取样本共3815块(训练样本:1125块;验证样本:2690块),共2810891个像元,对每一种样本进行分层随机抽样,选择各样本数量的30%作为时间序列分析训练样本,基于该样本集合构建与上述三个波段相关的多种指数分析2015-2019年(共1508景影像)茶园时间序列变化,最终确定归一化植被指数(Normalized Difference Vegetations Index,NDVI)(300-345d)、陆地表面水分指数(Land Surface Water Index,LSWI)(30-90d)以及NDVI与LSWI的距离(Distance between NDVI and LSWI,DBNL)(60-120d)为茶园提取最佳指数及对应的时间窗口。此外,在基于时间序列分析确定的研究区茶园修剪物候期内,基于2018年Landsat数据合成一景高质量影像进行监督分类(分类回归树(Classification Regression Tree,CART)、随机森林(Random Forest,RF)及支持向量机(Support Vector Machine,SVM))。首先,对构建的18维光谱特征进行重要性评估,由于特征维度不高且各特征对茶园提取均有一定贡献,因此将18维特征全部用于监督分类。然后,调整训练和验证样本的比例,以西双版纳为测试区,用不同比例下的样本训练RF模型并对西双版纳茶园进行提取,通过对比不同比例下茶园提取的用户精度(User’s accuracy,UA)、制图精度(Producer Accuracy,PA)及F1分数以确定最佳训练样本及验证样本的比例。最后,绘制了研究区2018年的茶园分布图,利用混淆矩阵对时间序列阈值法与三种监督分类方法对茶园提取的多分类与二分类结果进行精度验证及对比。主要结论如下:(1)基于时间序列物候期方法提取茶园的PA:91.56%,比RF与SVM二分类的PA分别高3.62%和1.84%;UA:80.65%相比RF和SVM分别高20.31%和32.74%;Kappa系数(0.85),分别比RF与SVM高0.14和0.23。(2)调整训练样本与测试样本的比例利用RF进行分类,通过对比不同比例下茶园提取的UA、制图精及F1分数,训练样本/验证样本为3:7时UA(73.51%)和PA(72.64%)最均衡,而不同比例下的F1分数也较为稳定,综合对比,确定训练/验证为3:7作为本文茶园提取的样本分配方案。(3)基于三种监督分类(RF、SVM及CART)的多分类对山区茶园提取中,RF对茶园提取的PA与SVM提取茶园PA差异甚小(PA:65.19%;66.80%),Kappa系数相等(0.87),但RF提取茶园的UA远大于SVM提取茶园的UA(UA:58.58%;43.24%),且RF三个指标均大于CART提取茶园的精度。总体而言,RF对茶园的提取精度优于SVM及CART;(4)基于三种监督分类的二分类对山区茶园提取中,RF对茶园提取的PA略小于SVM(PA:87.94%;89.72%);而RF对茶园提取的UA较SVM高12.43%,同时Kappa高0.09,且均高于CART对茶园提取的各项精度。综合考虑表现最为优异的仍为RF;且基于监督分类的二分类方法对茶园的提取的UA和PA均高于对应分类器的多分类对茶园提取的UA及PA。主要是将森林、水体、农田及不透水层四类地物合并为一类,平均了四种地物的类间差异,而增大了茶园同森林、农田的类间差异,因此二分类较多分类对茶园提取精度高。本文以云南三大主要产茶区为研究区,对自然物候极不明显的茶园进行长时间序列分析后,发现茶园修剪导致的“人为物候”这一区分于其他地物的重要特征,然后应用NDVI、LSWI以及DBNL对茶园进行了提取;此外,将时间序列分析得出的茶园物候期内的影像采用median函数合成1景,利用监督分类方法对茶园进行了提取,并对比了不同方法提取茶园的精度,得出基于时间序列物候期对茶园提取的精度高于传统监督分类对茶园提取精度的结论,本文提供了一种利用开源的Landsat数据仅在30m空间分辨率下高精度提取和绘制复杂热带景观山区茶园的新方法。
其他文献
日益完善的视频监控系统广泛应用于智能交通、智能医学及智能海面监控等领域,目标跟踪算法是机器视觉领域研究的热点问题之一。近年来,目标跟踪算法取得了一定的进展,然而,在低照度环境(低光照、光照不均匀、雪雾环境等)下,准确、快速识别并跟踪目标仍然是亟待解决的问题。因此,针对低照度环境下的视频图像进行深入研究,解决快速、准确识别并跟踪目标的问题,对于实际工程应用及理论研究具有实际意义。本文以目标跟踪算法相
学位
microRNA(miRNA)是一类由内源基因编码的长度为19-24个核苷酸的非编码单链RNA分子,通过碱基互补配对与mRNA结合,剪切mRNA或抑制mRNA的翻译从而调控靶基因的表达,参与到植物生长发育和逆境胁迫响应等生物学过程。microRNA的靶基因分析是研究miRNA功能十分重要的方面。本实验室从小麦品种望水白、苏麦3号、PH691和绵阳99-323的开花期穗部小RNA文库中鉴定出244条
学位
为解决以液压凿岩台车为代表的钻爆法施工装备无法基于定制化需求的快速模块化配置选型的问题,研究了一种基于综合需求的钻爆法施工装备模块化配置设计方法.在装备模块化设计的基础上,将装备综合性能、成本和货期作为优化目标,隧道施工和客户个性化需求作为模块配置约束条件,构建了装备配置优化模型,采用改进型非支配排序多目标遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-I
期刊
我国已步入老龄化阶段,高龄农民工群体作为其中一个重要群体,其相关养老问题尤为突出。文章利用调查问卷及实地走访的形式对西安市周边部分地区高龄农民工养老问题进行调研,探讨了其家庭背景、劳动收入及养老认知等方面的问题,研究了我国现行相关政策,提出了优化高龄农民工养老体系的对策与建议。
期刊
针对电力运行人员柜前分合开关易因开关爆炸造成的伤人风险,研究了一种变配电开关柜电动操作按钮就地遥控分合装置,代替人工实现远程操作开关,装置适合不同类型的开关柜,遥控距离远,可确保操作人员的安全。
期刊
5A06铝合金具有耐蚀性好、比强度高等特点,在航空航天等领域被大量应用。在铝合金薄板焊接生产过程中,钨极惰性气体保护焊(TIG)是首选的焊接方法,但传统TIG焊保护气是以连续送气方式进行供给,存在钨极载流能力有限、生产效率低、接头焊缝晶粒粗大和强度低等问题。为此本文提出铝合金变动送气TIG焊接工艺方法,利用电弧压力周期性变动来提高焊缝性能,为5A06铝合金TIG焊接的工程应用提供参考。本文利用专用
学位
海上红外目标识别在海事搜寻中发挥着重要的作用,针对逆光海况下出现的目标反向对比度特点及其目标淹没于背景的问题,结合其直方图呈现的局部尖峰特点,提出了修正灰度占比的新直方图均衡化并融合边缘信息的增强算法。该算法可以有效地提升目标区域的对比度,从而提升海上红外图像的质量。在海上红外目标识别与检测中,建立了目标与背景的多尺度“九宫格”搜索框,演化了局部对比度显著性量化的数学模型,实现了符合人眼视觉特性的
期刊
预算管理是公共财政管理工作的重中之重,其在财政资金的合理配置中起着不可或缺的作用,也很大程度上决定着行政事业单位绩效目标是否达成。国务院自2020年10月1日起施行了修订后的《中华人民共和国预算法实施条例》,其主要进一步对预算收支范围、编制规划、执行方案以及如何调整的有了更细化规定,强调了行政事业单位的预算管理应更加科学、严格、规范和透明。“十四五规划”中国家也着重强调了要全面深化预算管理改革,促
学位
毒液(Venom)作为寄生蜂与寄主协同进化的产物,具有调控寄主的免疫、发育、营养代谢等功能,在寄生蜂调控寄主中发挥重要作用。目前,尽管已有部分寄生蜂的毒液成分得到揭示,但主要局限在姬蜂科Ichneumonidae、茧蜂科Braconidae、金小蜂科Pteromalidae等少数类群中,且仅明确少数寄生蜂毒液蛋白的功能及作用机制。有鉴于此,本论文以管氏肿腿蜂Scleroderma guani(Hy
学位
植物进行光合作用的主要场所是叶绿体,同时,叶绿体也是高等植物最重要的细胞器之一。叶绿体能够利用光能,同化二氧化碳和水,合成有机物并产生氧气来供植物体维持生命。叶绿体中有3000多种蛋白,这些蛋白质保持平衡和稳态是叶绿体正常发育和维持功能所必需的。核基因编码了 95%以上的叶绿体蛋白质,它们与叶绿体所编码的蛋白共同配合行使功能,组成有功能的光合复合体。叶绿体由前质体分化发育而来,这个复杂的过程需要核
学位