基于高分六號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的寧城縣一肯中鄉(xiāng)蔬菜大棚提取

辛 巖

(赤峰市氣象局，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

溫室大棚作為重要的農(nóng)業(yè)設(shè)施[1]，可以延長(zhǎng)蔬菜供應(yīng)周期，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。早期通過(guò)人工的方法獲取種植分布及種植面積，這種方法效率低下，可靠性較低，通過(guò)實(shí)地考察的方法獲取大棚信息，費(fèi)時(shí)費(fèi)力[2]。現(xiàn)代地球觀測(cè)設(shè)備如衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)每天都會(huì)產(chǎn)生大量的遙感數(shù)據(jù)。如何準(zhǔn)確、自動(dòng)化進(jìn)行遙感解譯(如大棚分布信息)，進(jìn)而輔助政府決策具有重要的研究意義[3-5]。

機(jī)器深度學(xué)習(xí)在遙感領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用日趨成熟[6]，在新發(fā)布的ENVI DL 1.1遙感處理軟件中就加入了機(jī)器深度學(xué)習(xí)功能模塊Deep Learning Labeling Tool。這其中就嵌入了TensorFlow Mask Classification工具，其中包含了Google Brain 團(tuán)隊(duì)為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DNN)開(kāi)發(fā)的功能強(qiáng)大的開(kāi)源軟件庫(kù)TensorFlow。本研究就是利用TensorFlow深度學(xué)習(xí)，對(duì)國(guó)產(chǎn)GF-6號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行溫室大棚分類(lèi)提取。即：將開(kāi)源深度學(xué)習(xí)庫(kù)TensorFlow允許將深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算利用一個(gè)TensorFlow API部署到任意數(shù)量的CPU或GPU的服務(wù)器、PC或移動(dòng)設(shè)備上，然后使用分類(lèi)圖像，Train TensorFlow Mask Model工具將默認(rèn)同時(shí)保存最優(yōu)和最后模型。查看模型結(jié)果，如果不是太滿(mǎn)意則需要重新創(chuàng)建模型，或者增加訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)，以獲得更優(yōu)秀的模型，進(jìn)而獲得更好的分類(lèi)結(jié)果。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

數(shù)據(jù)來(lái)源：GF-6號(hào)2 m全色/8 m多光譜相機(jī)，觀測(cè)幅寬90 km，PMS數(shù)據(jù)GF6_PMS_E118.9_N41.7_20210316_L1A1120089879。

數(shù)據(jù)處理：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)，大氣校正，圖像融合，裁剪后利用ENVI 5.5軟件進(jìn)行機(jī)器深度學(xué)習(xí)提取大棚信息，流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 GF-6衛(wèi)星PMS數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)處理流程

2 訂正與統(tǒng)計(jì)

圖2所示上圖為在高分衛(wèi)星影像真彩色合成圖像下大棚影像，下圖為經(jīng)過(guò)機(jī)器深度學(xué)習(xí)提取出的大棚范圍，對(duì)提取出的大棚面積進(jìn)行訂正，見(jiàn)圖3。

圖2 高分衛(wèi)星圖像及提取圖像

圖3 提取范圍與訂正后統(tǒng)計(jì)范圍

圖3所示為提取范圍與訂正后統(tǒng)計(jì)范圍，訂正統(tǒng)計(jì)后范圍較提取范圍有所增加。訂正系數(shù)公式：

(1)

其中，n為選取樣區(qū)個(gè)數(shù)，air為訂正后大棚面積數(shù)，ait為提取大棚面積數(shù)。

文章中計(jì)算的訂正系數(shù)為1.39，訂正后統(tǒng)計(jì)面積為：0.347萬(wàn)hm2,與實(shí)際0.333萬(wàn)hm2(http://nmj.chifeng.gov.cn/Zwxx/Sndt/Qxdt/Files/2021624 1910.shtml)的提取精度為95.82%。

圖4為一肯中鄉(xiāng)大棚分布示意圖，上圖為局部放大圖。

圖4 寧城縣一肯中鄉(xiāng)大棚提取示意

一肯中鄉(xiāng)各村大棚面積見(jiàn)圖5，一肯中鄉(xiāng)各村大棚面積分布并不是十分均勻，主要集中一肯中鄉(xiāng)中部的萬(wàn)營(yíng)子村、老西溝村、八肯中村、朝陽(yáng)地村等村落，分別為4.28 km2、4.12 km2、3.79 km2、3.25 km2，孫鵬營(yíng)子村跟桃海村最少分別為0.02 km2、0.003 km2。

圖5 一肯中鄉(xiāng)各村大棚面積統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

①本文利用機(jī)器深度學(xué)習(xí)方法提取寧城縣一肯中鄉(xiāng)大棚面積為0.347萬(wàn) hm2，提取精度為95.82%。②一肯中鄉(xiāng)萬(wàn)營(yíng)子村、老西溝村、八肯中村大棚面積較多，分別為4.28 km2、4.12 km2、3.79 km2。