地球信息科学学报 ›› 2019, Vol. 21 ›› Issue (5): 789-798.doi: 10.12082/dqxxkx.2019.180418
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收稿日期:
2018-08-29
修回日期:
2019-02-20
出版日期:
2019-05-25
发布日期:
2019-05-25
通讯作者:
吴炳方
E-mail:wufm@radi.ac.cn;wubf@radi.ac.cn
作者简介:
作者简介:吴方明(1984-),男,湖北汉川人,硕士,工程师,主要从事无人机遥感研究。E-mail:
基金资助:
Fangming WU(), Miao ZHANG, Bingfang WU*(
)
Received:
2018-08-29
Revised:
2019-02-20
Online:
2019-05-25
Published:
2019-05-25
Contact:
Bingfang WU
E-mail:wufm@radi.ac.cn;wubf@radi.ac.cn
Supported by:
摘要:
基于抽样技术的地面调查与遥感影像分类相结合的方法在大范围作物种植面积提取中得到广泛使用。无人机影像具有低成本、高时效、高分辨率的一系列优点,可以快速实现特定区域范围内的农情采样任务。本文以水稻样地为研究对象,采用便携式无人机Mavic Pro进行航拍。对所获取无人机影像进行预处理生成分辨率为3.95cm/pix的正射影像,采用面向对象的思想,目视评价和ESP工具相结合快速选择了最优分割尺度为300,应用了支持向量机、随机森林和最邻近监督分类方法对影像进行了地物分类和水稻面积快速提取。采用目视解译分类结果进行分类结果和面积精度评价,总体精度最高的方法为最邻近分类法,此时水稻分类用户精度为95%,面积一致性精度为99%。研究结果说明了无人机遥感和自动分类能够在平原水稻种植区快速获取样方内高分辨率影像并提取水稻种植面积,弥补了农田被遮挡时地面调查数据的缺失,为大范围水稻种植面积、产量等信息的计算提供样本和验证依据。
吴方明, 张淼, 吴炳方. 无人机影像的面向对象水稻种植面积快速提取[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(5): 789-798.DOI:10.12082/dqxxkx.2019.180418
Fangming WU, Miao ZHANG, Bingfang WU. Object-oriented Rapid Estimation of Rice Acreage from UAV Imagery[J]. Journal of Geo-information Science, 2019, 21(5): 789-798.DOI:10.12082/dqxxkx.2019.180418
表1
Mavic Pro 无人机飞主要参数"
飞行器 | 相机 | ||
---|---|---|---|
参数名称 | 参数指标 | 参数名称 | 参数指标 |
重量 | 743 g(包含云台保护罩) | 影像传感器 | 1/2.3 英寸CMOS;有效像素1235万(总像素1271万) |
最大水平飞行速度 | 65 km/h(运动模式,海平面附近无风环境) | 镜头 | FOV 78.8° 28 mm(35 mm 格式等效)f/2.2 对焦点:0.5 m至无穷远;畸变<1.5% |
飞行时间 | 27min(无风环境 25 km/h 匀速飞行) | ISO 范围 | 100~1600(照片) |
综合续航 | 21 min(普通机动,剩余15%电量) | 电子快门速度 | 8~1/8000 s |
最远续航里程 | 13 km(无风环境) | 照片最大分辨率 | 4000×3000 |
表2
验证样本地物分类混淆矩阵"
分类方法 | 地物类别 | 水稻 | 莲藕 | 树木 | 裸地 | 菜地 | 道路 | 沟渠 | 用户精度/% |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
最邻近法 | 水稻 | 42 | 1 | 1 | 95 | ||||
莲藕 | 2 | 1 | 67 | ||||||
树木 | 9 | 2 | 1 | 75 | |||||
裸地 | 12 | 1 | 92 | ||||||
菜地 | 6 | 100 | |||||||
道路 | 1 | 1 | 5 | 71 | |||||
沟渠 | 1 | 3 | 75 | ||||||
制图精度/% | 100 | 100 | 90 | 92 | 55 | 83 | 60 | ||
总体精度/% | 89 | ||||||||
kappa系数 | 0.84 | ||||||||
支持向量机法 | 水稻 | 42 | 100 | ||||||
莲藕 | 2 | 1 | 2 | 40 | |||||
树木 | 9 | 2 | 1 | 100 | |||||
裸地 | 12 | 1 | 88 | ||||||
菜地 | 6 | 43 | |||||||
道路 | 1 | 1 | 5 | 100 | |||||
沟渠 | 1 | 3 | 42 | ||||||
制图精度/% | 100 | 100 | 90 | 54 | 55 | 67 | 60 | ||
总体精度/% | 82 | ||||||||
kappa系数 | 0.75 | ||||||||
随机森林法 | 水稻 | 42 | 1 | 98 | |||||
莲藕 | 2 | 1 | 67 | ||||||
树木 | 8 | 1 | 100 | ||||||
裸地 | 12 | 3 | 80 | ||||||
菜地 | 7 | 2 | 78 | ||||||
道路 | 1 | 4 | 80 | ||||||
沟渠 | 1 | 2 | 3 | 50 | |||||
制图精度/% | 100 | 100 | 80 | 92 | 64 | 67 | 60 | ||
总体精度/% | 88 | ||||||||
kappa系数 | 0.73 |
表3
地物面积一致性精度"
类别 | 实测面积/m2 | 最邻近法 | 支持向量机法 | 随机森林法 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
预测面积/m2 | 相对误差/% | 预测面积/m2 | 相对误差/% | 预测面积/m2 | 相对误差/% | ||||
水稻 | 16 508 | 16 385 | 0.75 | 15 876 | 3.83 | 16 112 | 2.40 | ||
裸地 | 1612 | 1597 | 0.93 | 531 | 67.06 | 1699 | 5.40 | ||
菜地 | 1242 | 1179 | 5.07 | 1980 | 59.42 | 1962 | 57.97 | ||
沟渠 | 1077 | 1067 | 0.93 | 1695 | 57.38 | 1385 | 28.60 | ||
莲藕 | 482 | 427 | 11.41 | 1410 | 192.53 | 567 | 17.63 | ||
树木 | 1628 | 1817 | 11.61 | 1157 | 28.93 | 866 | 46.81 | ||
道路 | 483 | 561 | 16.15 | 384 | 20.50 | 442 | 8.49 |
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