基于深度学习的岩体遥感智能解译模型研究——以苇河镇、亚布力镇、绥阳镇地区为例

李雨柯, 赵院冬, 陈伟涛, 李显巨, 韩科胤, 曹会, 温秋园, 王群. 基于深度学习的岩体遥感智能解译模型研究——以苇河镇、亚布力镇、绥阳镇地区为例[J]. 地质与资源, 2022, 31(6): 790-797. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2022.06.011
引用本文: 李雨柯, 赵院冬, 陈伟涛, 李显巨, 韩科胤, 曹会, 温秋园, 王群. 基于深度学习的岩体遥感智能解译模型研究——以苇河镇、亚布力镇、绥阳镇地区为例[J]. 地质与资源, 2022, 31(6): 790-797. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2022.06.011
LI Yu-ke, ZHAO Yuan-dong, CHEN Wei-tao, LI Xian-ju, HAN Ke-yin, CAO Hui, WEN Qiu-yuan, WANG Qun. REMOTE SENSING INTELLIGENT INTERPRETATION MODEL FOR ROCK MASS BASED ON DEEP LEARNING: A Case Study of Weihe Town, Yabuli Town and Suiyang Town in Heilongjiang Province[J]. Geology and Resources, 2022, 31(6): 790-797. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2022.06.011
Citation: LI Yu-ke, ZHAO Yuan-dong, CHEN Wei-tao, LI Xian-ju, HAN Ke-yin, CAO Hui, WEN Qiu-yuan, WANG Qun. REMOTE SENSING INTELLIGENT INTERPRETATION MODEL FOR ROCK MASS BASED ON DEEP LEARNING: A Case Study of Weihe Town, Yabuli Town and Suiyang Town in Heilongjiang Province[J]. Geology and Resources, 2022, 31(6): 790-797. doi: 10.13686/j.cnki.dzyzy.2022.06.011

基于深度学习的岩体遥感智能解译模型研究——以苇河镇、亚布力镇、绥阳镇地区为例

  • 基金项目:
    中国地质调查局项目"东北边境珲春-虎头地区综合地质遥感调查"(DD20208015)
详细信息
    作者简介: 李雨柯(1986—), 男, 硕士, 工程师, 从事遥感地质方向研究工作, 通信地址 黑龙江省牡丹江市东安区卧龙街45号, E-mail//34303218@qq.com
  • 中图分类号: P627

REMOTE SENSING INTELLIGENT INTERPRETATION MODEL FOR ROCK MASS BASED ON DEEP LEARNING: A Case Study of Weihe Town, Yabuli Town and Suiyang Town in Heilongjiang Province

  • 在东北地区选取试验区, 对比多种分类模型, 提出一种基于多源多模态数据和多流CNN的岩体分类模型. 其中包括两个子模型: 一是基于大尺度邻域和深度卷积神经网络的岩体提取模型; 二是基于波段组合和多模态数据的多流CNN融合模型. 研究结果表明, 预测结果图整体区域预测分布正确, 总体精度评价指标达到84.4%, 具有智能化程度高、客观性强的特点, 能够为地质工作者提供辅助决策依据. 此外, 还采用迁移学习策略对样本数量进行扩容, 解决了CNN模型小样本问题.

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  • 图 1  研究区地理位置示意图

    Figure 1. 

    图 2  典型遥感岩体场景

    Figure 2. 

    图 3  岩体遥感智能解译路线

    Figure 3. 

    图 4  ANN算法结果图

    Figure 4. 

    图 5  基于多源多模态数据和多流CNN的岩土体分类模型流程图

    Figure 5. 

    图 6  基于邻域数据的深度学习岩体分类算法流程图

    Figure 6. 

    图 7  基于波段组合和多模态数据的多流CNN融合模型

    Figure 7. 

    图 8  岩体分类结果与实际岩性对比

    Figure 8. 

    表 1  试验区使用的资源3号数据

    Table 1.  Data from ZY-3 satellite images used in test areas

    试验区 数据
    绥阳镇 ZY302_TMS_E131.0_N44.5_20191106_L1A0000591192-BWD
    ZY302_TMS_E131.0_N44.5_20191106_L1A0000591192-FWD
    ZY302_TMS_E131.0_N44.5_20191106_L1A0000591192-MUX
    ZY302_TMS_E131.0_N44.5_20191106_L1A0000591192-NAD
    苇河镇 ZY302_TMS_E128.2_N44.9_20191002_L1A0000716815-BWD
    ZY302_TMS_E128.2_N44.9_20191002_L1A0000716815-FWD
    ZY302_TMS_E128.2_N44.9_20191002_L1A0000716815-MUX
    ZY302_TMS_E128.2_N44.9_20191002_L1A0000716815-NAD
    亚布力镇 ZY302_TMS_E128.6_N44.9_20170302_L1A0000105807-BWD
    ZY302_TMS_E128.6_N44.9_20170302_L1A0000105807-FWD
    ZY302_TMS_E128.6_N44.9_20170302_L1A0000105807-MUX
    ZY302_TMS_E128.6_N44.9_20170302_L1A0000105807-NAD
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    表 2  试验区场景数据集

    Table 2.  Scene datasets of test areas

    研究区 类别 数量 尺寸 影像分辨率
    绥阳镇 安山岩 74 500 × 500像元
    (真彩色、假彩色)
    /210 × 210像元
    (DEM)
    2.1 m(真彩
    色、假彩色)/
    5 m(DEM)
    板岩 16
    第四系松散堆积物 50
    花岗-闪长岩 168
    砾岩 5
    流纹岩 4
    片岩 9
    1
    玄武岩 15
    苇河镇 2 500×500像元
    (真彩色、假彩色)
    /210 × 210像元
    (DEM)
    2.1 m(真彩
    色、假彩色)/
    5 m(DEM)
    板岩 7
    花岗闪长岩类 238
    黄土 1
    片岩 2
    松散堆积物 92
    亚布力镇 5 500×500像元
    (真彩色、假彩色)
    /210 × 210像元(DEM)
    2.1 m(真彩
    色、假彩色)/
    5 m(DEM)
    花岗闪长岩类 242
    片岩 12
    松散堆积物 83
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    表 3  不同模型的总体性能

    Table 3.  Overall performance of different models

    模型 OA/% Kappa/% F-score/%
    VGG 64.65 40.22 42.47
    Xception 62.63 41.44 47.91
    ResNet 61.62 42.57 55.32
    CH 80.81 69.36 76.33
    BoVW 58.59 30.64 43.32
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    表 4  不同模型总体性能的PD值

    Table 4.  PD values of overall performance for different models

    模型 BoVW VGG Xception ResNet
    VGG 10.34/31.26/-1.95
    Xception 6.90/35.25/10.61
    ResNet 5.17/38.95/27.71
    CH 25.00/72.47/79.71 29.03/67.39/59.3031.15/62.93/37.98
    表中PD值分别为OA/Kappa/F-score,单位:%.
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    表 5  不同模型统计检验结果

    Table 5.  Statistical test results of different models

    模型 BoVW VGG Xception ResNet
    VGG 9.60(0.02)
    Xception 0.52(0.92)
    ResNet 12.96(0.00)
    CH 17.87(0.00) 3.67(0.30)12.95(0.00)
    注:括号前为卡方值,括号内为p值.
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    表 6  岩体模型精度评价结果

    Table 6.  Accuracy evaluation result of rock mass model

    波段组合 Recall Precision F1 Kappa Acc
    真彩色 0.892 0.754 0.800 0.783 0.844
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出版历程
收稿日期:  2021-07-06
修回日期:  2021-08-27
刊出日期:  2022-12-25

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