采用全卷积神经网络与Stacking算法的湿地分类方法

作     者：张猛 林辉 龙湘仁 Zhang Meng;Lin Hui;Long Xiangren

作者机构：中南林业科技大学林业遥感信息工程研究中心长沙410004 中南林业科技大学林业遥感大数据与生态安全湖南省重点实验室长沙410004 中南林业科技大学南方森林资源经营与监测国家林业与草原局重点实验室长沙410004 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2020年第36卷第24期

页      面：257-264,F0003页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 082804[工学-农业电气化与自动化] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(41901385) 博士后科学基金项目(2019M652815,2020T130731)。 

主　　题：湿地 分类 卷积神经网络 Stacking 集成学习 

摘      要：高精度湿地制图对湿地生态保护与精细管理具有重要的支撑作用。针对传统湿地分类方法的精度不高等问题,提出了一种采用全卷积神经(Fully Convolutional Neural,FCN)网络与集成学习的湿地分类方法。首先利用全卷积神经网络(SegNet、UNet及RefineNet)对GF-6影像的语义特征进行提取与融合,然后利用Stacking集成算法对融合后的特征进行判别和分类。结果表明,采用全卷积神经网络与Stacking算法能有效提取湿地信息,总体分类精度为88.16%,Kappa系数为0.85。与采用全卷积神经网络与单一机器学习的随机森林(Random Forest,RF)、支持向量机(Support Vector Machin,SVM)与k-近邻(Nearest Neighbor,kNN)算法相比,该研究提出的湿地分类方法在总体分类精度上分别提高了4.87,5.31和5.08个百分点;与采用单一全卷积神经网络(RefineNet、SegNet、UNet)与Stacking算法下的湿地分类结果,该文提出的湿地分类方法在总体分类精度上分别提高了2.78,4.48与4.91个百分点;该方法一方面能通过卷积神经网络提取遥感影像深层的语义特征,另一方面通过集成学习根据各分类器的表征性能进行合理的选择并重组,从而提高分类精度及其泛化能力。该方法能为湿地信息提取及土地覆盖分类方法的研究提供参考。