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稠密连接递归特征金字塔的遥感目标检测算法

遥感学报 2024年第6期28卷 1602-1614页

作者：吕奕龙李敏吴肇青何玉杰火箭军工程大学作战保障学院西安710025

针对遥感目标检测中,目标尺寸较小、相似地物易混淆和背景复杂干扰大等问题,提出了一种基于稠密连接递归特征金字塔的遥感目标检测算法。首先,为充分利用遥感图像特征对特征融合模式进行了改进,利用典型相关分析CCA(Canonical Correlati... 详细信息

针对遥感目标检测中,目标尺寸较小、相似地物易混淆和背景复杂干扰大等问题,提出了一种基于稠密连接递归特征金字塔的遥感目标检测算法。首先,为充分利用遥感图像特征对特征融合模式进行了改进,利用典型相关分析CCA(Canonical Correlation Analysis),取代较为简单的逐像素相加融合模式,增强特征融合有效性;其次,为加强对小尺度目标的特征提取加入多感受野机制,利用不同尺寸的空洞卷积提取并融合不同感受野的特征,增强网络感知力;接着,为解决遥感多尺度目标泛化问题对特征递归形式进行改进,引入稠密连接结构,增强特征融合密度,充分利用骨干网络与高低层特征信息;最后,在前文基础上构建稠密连接递归特征金字塔模型DR-FPN(Densely-connected Recursive Feature Pyramid Network),并利用融合信息实现对遥感目标的精准定位。实验结果表明,在通用数据集MS-COCO2017上,使用本文金字塔模型平均精度可以提升9.9%;在遥感数据集NWPU VHR上,使用本文算法平均精度可以提升1.1%;在遥感数据集DIOR上,使用本文算法平均精度可以提升2.2%,超过其他特征金字塔模型和检测算法;在大规模遥感数据集DOTA上,使用本文算法平均精度可以提升1.8%,超过其他特征金字塔模型和检测算法,实现了对遥感目标的高精度检测。

关键词：遥感图像目标检测特征金字塔特征递归稠密连接

Hybrid-Gird:遥感图像细粒度分类可解释方法

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遥感学报 2024年第7期28卷 1722-1734页

作者：朱凯雯尤亚楠曹婧宜孟钢乔媛媛杨洁北京邮电大学人工智能学院北京100876 北京市遥感信息研究所北京100192

基于遥感图像的目标细粒度分类深度神经网络已技术日益成熟,网络决策的可解释性研究是当前细粒度分类深度学习算法进一步提高决策可信度的关键问题。为精确表征对模型决策起决定性作用的本质特征,本文基于博弈竞争理论对遥感图像目标细... 详细信息

基于遥感图像的目标细粒度分类深度神经网络已技术日益成熟,网络决策的可解释性研究是当前细粒度分类深度学习算法进一步提高决策可信度的关键问题。为精确表征对模型决策起决定性作用的本质特征,本文基于博弈竞争理论对遥感图像目标细粒度分类任务进行建模,分析了IG、SmoothGrad、Grad-CAM等可解释性方法在遥感图像目标细粒度分类网络上的适用性,提出了一种尺度自适应的目标细粒度分类本质特征可解释性分析方法Hybrid-Grid,使用像素级与局部特征关系融合算法提高对支撑网络决策的目标本质特征的精确描述能力。结果表明:本文提出的Hybrid-Grid对目标细粒度分类网络的解释效果在ADCC量化评估指标上达到78.87,相较Score-CAM有大幅提升;与SmoothGrad、Grad-CAM的解释结果相对比,本文方法在删除及精度损失实验上表现最好,使EFM-Net的Top-1准确率、Top-5准确率、F1得分分别损失了16.92%、1.61%、17.21%,证明Hybrid-Grid准确解释了对细粒度分类网络决策贡献最大的目标本质特征。本文提出的可解释性分析方法能够更精准地揭示当前目标细粒度分类网络的决策特征依据。

关键词：遥感图像可解释性分析方法目标细粒度分类网络可解释人工智能合作博弈理论本质特征

基于元学习和密集残差注意力的遥感图像任意尺度超分辨率重建

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遥感学报 2024年第7期28卷 1735-1745页

作者：魏小源孟钢张浩鹏姜志国北京航空航天大学宇航学院北京102206 北京市遥感信息研究所北京100192

超分辨率重建技术在卫星遥感图像信息智能处理领域中有重要的应用。现有面向遥感图像超分辨率重建的深度学习方法大多只能处理一种比例因子的超分辨率重建任务,在多尺度层面上缺少泛化性,难以满足真实遥感图像多倍率连续放大的超分辨率... 详细信息

超分辨率重建技术在卫星遥感图像信息智能处理领域中有重要的应用。现有面向遥感图像超分辨率重建的深度学习方法大多只能处理一种比例因子的超分辨率重建任务,在多尺度层面上缺少泛化性,难以满足真实遥感图像多倍率连续放大的超分辨率重建任务需求。为解决遥感图像超分辨率重建过程中的多尺度放大问题,本文采用元学习的方法,在构建单一自适应模型的基础上实现对遥感图像的任意尺度超分辨率重建,提升遥感图像的空间分辨率,利用密集残差网络和通道注意力机制重建遥感图像中地物纹理、目标边缘等丰富细节信息。在真实遥感图像上的定量实验表明,本文所提方法重建结果的峰值信噪比能达到40 dB以上,同时在多种数据上的定量和定性实验结果证明了本文方法的有效性。

关键词：超分辨率重建遥感图像任意尺度元学习密集残差网络通道注意力机制

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在轨光学目标检测模型轻量化研究

遥感学报 2024年第4期28卷 1041-1051页

作者：吕晓宁夏玉立赵军锁乔鹏中国科学院软件研究所天基综合信息系统重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

目前应用广泛的神经网络模型结构复杂、参数量大,对星上有限的计算和存储资源占用较多。本文面向微纳卫星在轨计算平台,提出一种深度可分离卷积神经网络模型,该模型结合反向残差结构与通道注意力的思路改进在轨识别算法Yolov4网络模型结... 详细信息

目前应用广泛的神经网络模型结构复杂、参数量大,对星上有限的计算和存储资源占用较多。本文面向微纳卫星在轨计算平台,提出一种深度可分离卷积神经网络模型,该模型结合反向残差结构与通道注意力的思路改进在轨识别算法Yolov4网络模型结构,改进网络模型的局部模块结构,降低整体网络结构的深度与复杂度;同时利用可分离卷积结构实现空间卷积,改进SPP模块与PANet模块,降低模型参数量;通过合并卷积层与Batch Normalization层,进一步加快前向推理速度;此外借鉴Focal损失函数的思想,改进目标检测网络的损失函数,减缓前景与背景样本比例不均衡问题。通过与原Yolov4网络模型对比,在保证识别精度94.09%的前提下参数量降低约7倍,FLOPs降低约30倍。同时与Yolo系列、SSD、MobileNet、CenterNet等前沿网络模型对比的实验结果再一次验证了本文的算法性能,为实现在轨目标识别与过滤无用数据提供了理论支撑。

关键词：遥感卷积神经网络 Yolov4 在轨目标检测反向残差结构

融合遥感时间序列时空谱信息的森林扰动检测与归因研究进展

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遥感学报 2024年第3期28卷 558-575页

作者：吴伶刘湘南刘美玲张廷伟杨宝文徐宇岐中国地质大学(北京)信息工程学院北京100083

遥感时间序列蕴含自然因素和人类活动等不同驱动因子导致的森林组成、结构、功能变化及其差异信息,能有效提升对森林演替过程、发展态势及其驱动和响应机制的理解能力。本文系统评述了融合遥感时间序列时空谱信息的森林扰动检测与归因... 详细信息

遥感时间序列蕴含自然因素和人类活动等不同驱动因子导致的森林组成、结构、功能变化及其差异信息,能有效提升对森林演替过程、发展态势及其驱动和响应机制的理解能力。本文系统评述了融合遥感时间序列时空谱信息的森林扰动检测与归因研究进展。从数据、特征、算法等多个角度阐述了当前森林扰动检测进展:(1)数据角度。介绍了面向稠密和稀疏时间序列等不同观测频次的变化检测方法;(2)特征角度。归纳了森林扰动光谱响应特征和多光谱特征集成变化检测策略,总结了面向森林扰动检测的时序与空间特征融合方式;(3)算法角度。介绍了并行和串行两种多算法集成策略,描述了面向森林低强度扰动的变化检测算法研究进展。此外,森林扰动归因的本质是面向森林多类型扰动分类问题,本文在分别按照时间顺序和特征维度归纳作为森林扰动归因输入的归因特征的基础上,总结了基于遥感时间序列时空谱和地形特征融合的森林多类型扰动归因方法。最后,本文分析了森林扰动遥感监测目前存在的问题,并对未来研究方向进行了展望,以期为融合遥感时间序列时空谱信息的变化检测和归因研究提供借鉴。

关键词：森林扰动遥感时间序列时空谱信息特征融合扰动检测扰动归因

城市居民区植被降温效率分析与最佳降温效率阈值确定

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遥感学报 2024年第8期28卷 1899-1913页

作者：孙嘉欣冯莉张枭周亚男冯海蓉河海大学地理与遥感学院南京211100

目前城市植被降温效率的研究大多基于大尺度卫星遥感数据来开展,缺少微尺度下植被降温效率的精细研究。因此,本研究以南京市江宁区典型居民区植被为研究对象,利用无人机可见光数据进行居民区绿地精细分类,在此基础上建立区域绿地容积率R... 详细信息

目前城市植被降温效率的研究大多基于大尺度卫星遥感数据来开展,缺少微尺度下植被降温效率的精细研究。因此,本研究以南京市江宁区典型居民区植被为研究对象,利用无人机可见光数据进行居民区绿地精细分类,在此基础上建立区域绿地容积率RGPR (Regional Green Plot Ratio)指标,基于逐小时无人机热红外数据,提出一种改进的植被降温效率计算方法—区域植被降温效率RCE (Regional Cooling Efficiency)计算方法,并利用该方法计算居民区植被降温效率,探究不同局地气候分区(LCZ)下居民区地表温度与区域绿地容积率指标的响应关系、降温效率时空变化并进一步确定不同居民区绿地容积率的最佳降温效率阈值。结果表明:(1)居民区植被降温效率日变化曲线整体呈现“山峰”形态,RCE随地表温度增强而增大。在观测时间段内,RCE最小值出现在8:00 (均1.4℃),局地气候分区水平下,紧凑型居民区的RCE高于开阔型居民区,而在开阔型居民区类型中,RCE随着区域内建筑平均高度的增加而降低。(2)紧凑型的局地气候分区下,RGPR越高,植被所带来降温效果越强;而开阔型居民区,无论建筑高低,植被降温效率存在一定的RGPR阈值,当RGPR达到一定阈值后,RGPR对地表温度的降温效率达到最大强度。本研究可为城市居民区绿地规划、改善城市微热环境提供科学依据。

关键词：城市居民区微热环境区域植被降温效率(RCE) 局地气候分区区域绿地容积率无人机热红外降温效率阈值城市居民区绿地规划

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碳热还原制备金属钒技术研究

钢铁钒钛 2024年第2期45卷 1-6页

作者：李兰杰常福增刘静张娜张苏新王海旭河北河钢材料技术研究院有限公司河北石家庄050000 河钢材料技术研究院河北石家庄050023 承德钒钛新材料有限公司河北承德067102

以高纯V_(2)O_(5)粉末为原料,C粉末为还原剂,对碳热还原制备金属钒过程进行研究,重点讨论了配碳量、温度、真空度和还原时间对钒中间体和精炼提纯过程的影响。结果表明,V_(2)O_(5)为逐级还原,存在直接和间接还原。配碳比32%,还原温度控... 详细信息

以高纯V_(2)O_(5)粉末为原料,C粉末为还原剂,对碳热还原制备金属钒过程进行研究,重点讨论了配碳量、温度、真空度和还原时间对钒中间体和精炼提纯过程的影响。结果表明,V_(2)O_(5)为逐级还原,存在直接和间接还原。配碳比32%,还原温度控制在1350℃,保温时间为120 min时,得到的粗钒固溶体相以为为主,钒含量为84%左右。精炼提纯条件为温度1680℃,碳氧比1.02,真空度在0.1 Pa以下时,能得到延展性金属钒产品,纯度达到99.04%。

关键词：金属钒 V_(2)O_(5) 碳热还原粗钒提纯

泰山北翼岩溶含水介质分布及地下水循环规律研究

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地质学报 2024年第2期98卷 579-590页

作者：孙斌李常锁魏善明丁冠涛郭秀军高帅刘春伟杨振华中国海洋大学环境科学与工程学院山东青岛266100 山东省地质矿产勘查开发局八○一水文地质工程地质大队(山东省地矿工程勘察院) 山东济南250014 山东省地下水环境保护与修复工程技术研究中心山东济南250014

为了深入认识济南岩溶泉水及地热水循环过程,本文以泰山北翼碳酸盐岩含水介质空间分布特征为研究出发点,分析其埋藏条件和连续性特征,并利用数理统计、空间插值、Piper三线图、概念模型等方法,结合水动力场、水化学场、水温度场和水年... 详细信息

为了深入认识济南岩溶泉水及地热水循环过程,本文以泰山北翼碳酸盐岩含水介质空间分布特征为研究出发点,分析其埋藏条件和连续性特征,并利用数理统计、空间插值、Piper三线图、概念模型等方法,结合水动力场、水化学场、水温度场和水年龄场“四场”分析,揭示区域地下水循环规律。结果表明:地表分水岭与齐广断裂、禹王山断裂、聊考断裂等深大断裂控制了泰山北翼地区岩溶含水介质空间展布,大致呈现由南向北埋藏深度逐渐增大的变化趋势,受马山断裂、东坞断裂、文祖断裂等次级断裂影响岩溶含水介质上下盘有不同错动,但东西展布仍具有较好连续性;区域地下水循环过程极其复杂,泰山岩群、寒武纪及奥陶纪各类含水岩组通过排泄-渗漏、断裂垂向径流、水平地下径流等形式发生水流交汇,并在山前局部地区与第四纪松散孔隙水产生水量交换,最终通过泉或人工开采形式排泄。区域地下水流具有统一的“四场”,并且呈现明显的水平与垂向分带特征,大致沿东阿断裂及其延长线—吴家堡—华山—章丘区—淄博磁村一线划分冷泉与地热水的分界线,以600 m、1000 m划分出浅、中、深循环深度分界线;冷泉以浅循环为主,中、深循环为辅,地下水矿化度、温度、年龄偏低,而地热水以中、深循环为主,浅循环为辅,地下水矿化度、温度、年龄偏大。不同含水介质水流具有一定内在关联,构成一个完整的岩溶水系统。

关键词：济南岩溶含水介质泉水地热水循环四场

黔西北煤田晚二叠世煤关键金属Li-Nb-Ta富集特征及成因机制

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地质学报 2024年第8期98卷 2316-2335页

作者：金超刘浪涛张小刚高帅坡程智伟李斌斌周进伟陈永龙河北省资源勘测研究重点实验室河北邯郸056038 河北工程大学地球科学与工程学院河北邯郸056038

关键金属是当今社会必须的但是安全供应存在高风险的一类金属的总称。煤因富含有机质往往能够富集关键金属,特殊地质条件下能形成煤型关键金属矿床。很多研究表明我国西南地区晚二叠世含煤地层富含多种关键金属,但是其富集特征和形成机... 详细信息

关键金属是当今社会必须的但是安全供应存在高风险的一类金属的总称。煤因富含有机质往往能够富集关键金属,特殊地质条件下能形成煤型关键金属矿床。很多研究表明我国西南地区晚二叠世含煤地层富含多种关键金属,但是其富集特征和形成机制仍然不清楚。本文以贵州黔西北煤田泰来煤矿上二叠统龙潭组9#煤层为研究对象,系统采集了煤层及顶底板样品,利用粉末X射线衍射仪对样品进行了矿物类别分析,利用X射线荧光光谱仪对样品进行了主量元素分析,利用电感耦合等离子体质谱仪对样品进行了微量元素分析。实验结果表明样品中的主要矿物包括高岭石、石英、伊利石、黄铁矿、锐钛矿、金红石、方解石、白云石、钠云母和钠长石等。含量较多的主量元素氧化物为SiO_(2)、TiO_(2)、Al_(2)O_(3)和Fe_(2)O_(3),存在富集的微量元素为Li、Nb、Ta、Zr、Hf、Sn、Th和In,其中Li、Nb和Ta的含量分别为世界煤均值的7.9倍、7.8倍和8.7倍。沉积物源和矿物赋存特征分析表明,峨眉山中性火山岩和高钛玄武岩对含煤盆地的物质供应具有一定的贡献,沉积之后的热液活动对该煤层关键金属的富集具有重要作用。

关键词：黔西北煤田晚二叠世煤关键金属元素 Li-Nb-Ta富集