基于Multiloss-SAM-ConvLSTM的北极航道独立海冰运动预测

作     者：郑付强 匡定波 胡勇 巩彩兰 黄硕 ZHENG Fu-Qiang;KUANG Ding-Bo;HU Yong;GONG Cai-Lan;HUANG Shuo

作者机构：中国科学院大学北京100049 中国科学院上海技术物理研究所中国科学院红外探测与成像技术重点实验室上海200083 

出 版 物：《红外与毫米波学报》 (Journal of Infrared and Millimeter Waves)

年 卷 期：2022年第41卷第5期

页      面：894-904页

核心收录：

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 09[农学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0903[农学-农业资源与环境] 0816[工学-测绘科学与技术] 081602[工学-摄影测量与遥感] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金(31970378) 江苏省水利科技项目(2020068) 

主　　题：北极航道 风云三号卫星 独立海冰 Multiloss-SAM-ConvLSTM 运动预测 

摘      要：北极航道海冰运动的准确预测对于保证航行安全、评估航道可通行性和动态修正航线具有重要的指导意义。传统的光流法无法满足海冰运动预测任务中“时空预测+语义分割的要求。为此,基于MERSI-Ⅱ影像制作了海冰运动数据集SeaiceMoving,提出了一种基于Multiloss-SAM-ConvLSTM的海冰运动预测算法,该算法在SAM ConvLSTM的基础上引入加权的FDWloss,强化了各节点空间语义的获取。针对样本分布不平衡,讨论了后端分割阈值的偏移效应,通过网格搜索确定最佳分割阈值,提高了海冰整体预测结果。实验结果表明,该方法的Kappa系数为0.75,IOU为0.61,Dice系数为0.76,相较于SAM-ConvLSTM,分别提高了0.1、0.12和0.1,对运动后海冰的位置预测和形状提取能力均有提升,减少了海冰“黏连的情况。此外,该算法对薄云干扰下的海冰运动依然具备良好的预测能力,可以为北极航线的动态规划和航线修正提供较为准确的技术支撑。