随机森林分类算法提取柑橘果园的样本数量敏感性分析

随机森林算法,凭借处理高维度数据、模型泛化能力强、训练速度快等优点,被广泛用于土地利用遥感分类中,但该算法的训练样本对分类结果的影响问题一直没有受到重视。以提取南丰县柑橘果园为案例,探讨在不同柑橘果园训练样本下,以随机森林算法提取柑橘果园的精度差异,定量评价训练样本差异对该算法提取柑橘果园精度的影响。研究结果表明:1)对于县级尺度,随机森林训练样本在240,总体精度达到89.66%,Kappa系数为0.87,整体分类效果最优。对于提取柑橘果园,则训练样本数量为2 400时最优。2)南丰县柑橘果园的主要分布于高程100～150 m,坡度0°～5°临近河流的区域范围内,分别占总柑橘果园面积的46.78%和26.67%。     

随机森林在高光谱遥感数据中降维与分类的应用

高光谱数据的特征数目庞大,而且波段之间存在冗余信息,对高光谱数据进行分类的成本较高,因此需要提取合适的特征达到提高效率的目的.随机森林作为一种热门算法,广泛应用于各种分类、特征选择等问题中,均取得了良好的效果.本文选择北京小汤山农业试验区的OMIS高光谱影像作为研究数据,利用随机森林算法计算每个特征的重要性指标并对其排序,针对面向精度和效率的特征选择策略,使用RF-RFE波段选择方法去除价值低的特征分别得到最佳波段组合,实现高光谱数据降维,进行随机森林、支持向量机分类.实验结果表明随机森林分类精度为72.82%,SVM分类精度为65.21%,随机森林分类器优于SVM,是一种较好的高光谱数据分类器.     

基于Sentinel-2光谱与地形特征的山区森林分类——以武夷山国家公园为例

为了提高山区复杂地形条件下的森林分类精度，以武夷山国家公园为研究区开展山区森林分类研究.以Sentinel-2遥感影像作为数据源，采用多尺度分割方法进行影像分割，并通过ESP2算法选取影像的最优分割尺度.首先构造了Sentinel-2光学影像的初始27维光谱特征，通过计算随机森林Gini指标对分类特征变量进行优化，最终确定17维最优特征变量，然后将提取的研究区地形特征与最优特征变量相结合，应用随机森林算法进行森林分类.结果表明：在27维光谱特征中选取重要性排名前17的特征参与分类时，精度最高值为0.911 0，其中，Sentinel-2影像的红、红边和近红外波段及其相应的光谱指数在森林分类中有较高重要性；在不同的特征参与分类时，在参考光谱特征中依次加入红边指数和地形因子，分类的总体精度分别为88.13%、89.50%、90.87%,Kappa系数分别为0.854 6、0.871 0、0.887 8.研究证明将Sentinel-2丰富的光谱特征与地形因子相结合，可有效获取各森林地物类型在不同地形特征下的不同光谱特征，此方法在森林地物信息提取中具有较高的应用价值，为今后地形复杂的山区森林进...     

基于Sentinel-2影像红边光谱指数与特征优选的竹林提取研究

为了从Sentinel-2A影像中快速、准确提取竹林分布信息,以福建省永安市上坪乡竹林为研究区开展竹林提取研究.在影像分割的基础上,提取原始波段光谱、红边光谱指数、纹理3类共18个特征变量,利用随机森林Gini系数法进行特征变量重要性排序,设计5种不同特征变量组合方案,采用随机森林分类进行竹林分布信息提取.结果表明：原始波段光谱特征在Sentinel-2A影像竹林信息提取中具有重要作用,红边光谱指数特征次之,纹理特征未发挥显著作用.在红边光谱指数特征中,基于红边综合效应指数（MVIred1）构建的红边竹林指数3(BImvired1)具有良好的分类性能;利用随机森林Gini指标结合OOB泛化误差法有效减少了噪声数据的影响,筛选出最有利于竹林提取的特征变量子集,基于该特征子集的竹林分类总体精度（OA）达到94.58%、Kappa系数0.91、生产者精度（PA）为95.09%、用户精度（UA）85.54%.     

基于随机森林算法的航空高光谱数据分类方法研究

高光谱数据具有光谱范围广,光谱分辨率高等优势,可以用于不同地物的分类识别,为近年来遥感领域的研究热点。采用随机森林算法对机载高光谱数据进行了地物分类识别研究,首先选取不同种类的地物样本,并对每类样本打上类别标签,每个像素包含的波段数即为样本的特征数,送入随机森林分类器进行训练;然后将训练好的分类器对待分类的高光谱影像数据进行分类,待分类的数据初始化为统一的类别标签;并根据袋外数据自变量的扰动对分类精度的影响,计算不同波段特征对分类效果的重要性系数。实验采用C++语言结合Intel Open CV计算机视觉库,编写了高光谱影像分类识别程序,对机载AISA高光谱传感器获取的甘肃省张掖市农村与城市影像数据进行分类,结果表明本文算法具有较高分类精度和可靠性。     

基于特征优选的随机森林算法在湿地信息提取中的应用——以湖北洪湖湿地自然保护区为例

以湖北洪湖湿地自然保护区为研究区,采用随机森林算法对研究区内湿地信息提取.以Sentinel-2A遥感影像为数据源提取光谱特征、植被指数、水体指数、红边指数、纹理特征等特征变量,在随机森林算法框架下,对不同特征变量进行特征重要性评估,比较分类后精度并对特征组合进行优选.将基于随机森林算法的分类精度与传统的基于像元的支持向量机分类方法和最大似然分类方法的分类精度相比较,并通过双比例Z检验比较各算法中正确分类像元的比例统计各分类算法之间的分布差异.结果表明： 1) 特征个数为13时,分类精度达到最大,随着特征个数的增多,分类精度呈现波动减小的趋势; 2) 特征变量中蓝光波段重要性得分最高,达到2.85,可见光(B2、B3)与红边指数(IRECI、MCARI)重要性排名靠前,对于提取湖泊湿地信息具有重要意义; 3) 基于特征优选的随机森林方法分类精度优于支持向量机和最大似然法分类后的精度,其总体精度分别高出6.02%和7.57%;经检验, χ2分别达到25.891和38.895,具有显著差异,表明基于特征优选的随机森林算法分类对湿地信息提取发挥重要作用。     

基于非参数分类算法和多源遥感数据的单木树种分类

【目的】通过研究随机森林(random forest, RF)特征筛选对单木树种分类精度的影响,以及多源遥感数据协同下单木树种分类的有效性,分析不同特征对单木树种分类的影响程度。【方法】以东北林业大学帽儿山实验林场中林施业区的两块100 m×100 m样地为研究对象,首先,以机载激光雷达(LiDAR,light detection and ranging)和多光谱遥感CCD(charge coupled device)影像为数据源,分别基于机载LiDAR数据提取高度、强度和树冠大小等共37个特征,基于CCD影像提取光谱和纹理共21个特征;其次,以随机森林方法进行特征筛选,之后以随机森林和支持向量机(support vector machine, SVM)两种非参数分类器,结合不同数据源和特征,采用12种分类方案,利用总体精度(overall accuracy, OA)、用户精度(user’s accuracy, UA)和生产者精度(producer’s accuracy, PA)对分类结果进行对比与精度评价。【结果】经随机森林特征筛选后,分类结果优于未进行特征筛选的结果,总体精度可以平均提高3.47%,使用机载LiDAR和CCD影像协同分类相较于仅使用CCD影像总体精度平均提高6.07%。【结论】随机森林特征筛选可以优化特征,减少特征冗余,提高分类精度;多源数据结合也可以提高分类精度;在多源数据结合时,光谱特征最重要,LiDAR提取的强度特征相较于高度特征更稳定。     

基于随机森林算法的城区土地覆盖分类研究

随机森林算法是一种高度灵活且易于使用的机器学习算法,目前在遥感影像分类中应用广泛。为了验证其在城市土地覆盖分类中的效果,本文对河南省洛阳市局部城区进行了土地覆盖分类实验,将Landsat 8(OLI)遥感影像的光谱波段、光谱指数和纹理特征相结合,构成多种特征组合进行随机森林算法分类比较,选择分类效果最佳方案,并与支持向量机方法进行比较。后利用随机森林算法对该组合特征变量高维数据进行降维处理,得到优化特征方案。实验结果表明:采用多源特征组合的随机森林算法的土地利用分类效果最佳,总体精度为90.54%,Kappa系数为0.890,比支持向量机方法的分类精度提高了3.1%;降维处理后的特征方案与随机森林结合在保证分类结果拥有高准确度的同时,减少了运算时间,实现了土地覆被类型信息的高效获取。表明随机森林算法在城区土地覆盖分类上有很好的适用性与稳定性。     

基于面向对象方法的天津市滨海新区湿地信息提取

基于天津市滨海新区2021年的Sentinel-2遥感影像数据,针对传统遥感影像湿地分类的不确定性问题,选择了面向对象分层分类的方法。采用面向对象多尺度分割算法,依据地物光谱异质性特征将遥感影像分割为光谱相似的对象,再结合不同地物的光谱指数、空间几何特征、纹理特征构建层次模型,分层提取湿地信息。分类效果同随机森林分类方法相比较,结果表明：利用面向对象的分层分类方法总体分类精度达到91.75%,Kappa系数为0.91,分类结果“斑驳现象”减少,湿地边界清晰完整。     

基于Landsat影像的面向对象土地利用分类——以下辽河平原为例

基于Landsat OLI影像运用支持向量机和随机森林分类方法进行下辽河平原地区面向对象土地利用分类,同时探讨DEM因素对分类精度的影响.结果表明:(1)研究区随机森林分类的总体精度和Kappa系数优于支持向量机分类的结果,同时参考DEM因素有助于提高分类精度,总体精度最高为91.80%.(2)研究区支持向量机分类方法下水田和建设用地的分类精度较高;而旱地、林地、水域和未利用地更适用于随机森林分类方法.DEM因素对于水田、旱地、水域及未利用地的分类精度有提升作用,而对林地的分类精度有一定的削减.(3) 2015年研究区土地利用以耕地为主,其次是建设用地和林地,水域、未利用地和草地的面积相对较少.中等分辨率遥感影像的面向对象土地利用分类的适用性较好,可为区域土地利用信息提取提供参考.     

基于形态学属性剖面和单类随机森林分类的道路路域新增建筑物提取方法

提出一种利用形态学属性剖面和单类随机森林分类的道路路域新增建筑物提取方法。用该方法计算路域范围内两时相高分辨率遥感影像的形态学属性剖面, 将得到的形态学属性剖面与光谱特征叠加, 采用改进的单类随机森林分类方法直接提取新增建筑物。以北京市稻香湖地区两时相高分辨率影像作为实验数据, 对比分析该方法与经典两时相直接分类及分类后比较方法的新增建筑物提取精度。结果表明, 综合利用形态学属性剖面和光谱特征提取得到的新增建筑物提取精度比仅使用光谱特征的提取精度显著提高, 其中Kappa系数提高15.11%。此外, 该方法提取结果的Kappa系数比两时相直接分类方法提高1.78%, 比分类后比较方法提高25.15%, 验证了所提方法的有效性。所采用的单类随机森林方法能够有效地处理高维数据, 并可以度量不同特征对分类结果的重要性。     

基于深度学习的恒星光谱分类

大型巡天项目使得恒星光谱的观测进入大数据时代,实现恒星光谱自动分类是一项重要和具有挑战性的工作.本文采用基于一维的卷积网络算法对斯隆数字巡天(sloan digital sky survey, SDSS)的恒星光谱进行分类.通过卷积神经网络,恒星光谱的特征被提取出来并用于分类.采用带标签的恒星光谱数据训练一维恒星光谱卷积网络(1-dimension stellar spectra convolutional neural networks, 1-D SSCNN),得到训练好的网络模型,并用其对恒星光谱进行分类测试.本文算法与传统的恒星光谱分类算法支持向量机(support vector machine, SVM)、随机森林(random forest, RF)和人工神经网络(artificial neural network, ANN)进行对比,结果表明,本文算法具有较高的分类精度和鲁棒性,且给出了由深度学习得出的光谱热力图,对研究光谱物理性质具有重要意义.     

基于Sentinel-2A影像的森林类型提取研究

基于Sentinel-2A遥感影像的光谱特征、指数特征和纹理特征,结合野外调查数据、森林二类调查数据和DEM数据等辅助数据,采用分层多尺度分割提取技术,对研究区主要森林类型进行提取.研究表明:主成分变换前三个分量的加入有助于提高影像分割效果和分类精度;在影像光谱特征基础上,加入指数特征和纹理特征可在一定程度上提高森林类...     

基于多源遥感数据协同的河南省矿山环境信息提取研究

为了改善河南省矿山地质环境动态监测技术,提高矿产资源科学管理水平,利用高分辨率遥感卫星影像和InSAR数据,使用最优分割参数法和随机森林分类法提取河南省矿山区地质环境要素信息;利用多时相InSAR叠加分析法辅助矿山地质灾害解译,完善河南省矿产区地质环境遥感解译体系.研究结果表明,利用影像信息层次结构优先分离和随机森林分类提取分离后的环境要素的方法所提取的信息分类精度可达89%;利用二轨道差分干涉图辅助分析矿山地质灾害,能够进一步提高矿山地质环境解译准确度.     

基于随机森林算法的特征选择的水稻分类——以南昌市为例

在南方水稻遥感分类中,耕地细碎化;干扰性其他植被多是造成分类效果差主要因素。针对此类因素可对多时相影像进行特征提取、叠加成多时相特征集合,利用随机森林并结合归一化特征重要性对多时相影像特征集合进行特征测试,分析每个特征对分类结果的影响。根据每个变量的影响程度(贡献程度)的不同进行一个排序,从而选出最优的分类的特征优选子集。再利用随机森林作为分类器,对特征优选子集进行水稻的分类提取的识别方法。与3组未进行特征选择的SVM(支持向量机)算法的分类结果进行对比。实验结果表明:1)多时相影像的特征集合的分类精度高于单时相影像的特征集合的分类精度;2)基于随机森林对原始特征集合进行特征选择后的总体精度92.09%和Kappa系数90.36%,特征选择能有效去除冗余信息,从而提高分类精度。综上所述,在耕地细碎化,多植被干扰的南方丘陵地带中,结合随机森林的归一化特征选择的方法为水稻的识别和提取研究提供了有效方法。     

基于HJ影像的面向对象土地覆被分类方法

提出了基于HJ影像的面向对象技术土地覆被分类的一整套方法,即采用面向对象的影像分类技术,充分利用影像的光谱特征、空间特征、纹理、上下文关系,综合运用多层分割、整体分割、类内分割和局部分割模式,融入二叉树流程法,以多时相HJ影像为实验数据,对土地覆被类型进行自动提取.并以地形复杂的麻阳苗族自治县为例进行实验研究,结果表明:分类总体精度为82.88%,能够满足利用遥感影像进行土地覆被信息提取的精度要求,说明是可行的;由于中分辨率的HJ影像提供的光谱细节并不是很丰富,HJ影像面向对象土地覆被分类技术的光谱特征优势不明显,利用二叉树流程法和多种分割方法是降低误差提高分类精度的有效途径.     

随机森林算法在干旱区土地利用遥感分类中的应用研究

为了验证随机森林算法在干旱区土地利用遥感分类中的效果,本文采用随机森林算法,结合Landsat8遥感影像以及DEM、NDVI等辅助数据,解译了干旱区典型流域玛纳斯河流域的土地利用图。分析结果表明:(1)分析决策树数量(k)和分类变量数量(m)对分类精度具有很大影响。通过优化2个参数得到最优随机森林模型,当k取103、m取6时,模型分类精度可达95%;(2)通过土地利用分类精度的影响因子分析发现,海拔高程和归一化植被指数对土地利用分类的影响程度比坡向的影响更大。(3)通过分类结果对比分析发现,应用随机森林算法分类的精度比用最大似然法的分类精度高9%,利用变量重要性筛选出的遥感波段构建优化随机森林模型,能有效降低遥感数据源数据量,而Kappa系数保持在0.97不变。随机森林算法可以在干旱区土地利用分类中广泛应用。     

基于随机森林特征变量优化的湿地植物分类与密度反演

以长江口滨海湿地为研究区域,采用随机森林算法对滨海湿地植被进行分类。在提取Landsat?8 OLI影像植被指数和水体指数的基础上,提出利用植被指数季节差值对模型进行特征变量优化,分析了长江口滨海湿地植物群落分布的空间特征。以所占面积最大的互花米草（入侵物种）为例,采用多元线性回归模型结合实地测量数据,估算了秋季的互花米草植物密度的空间特征。提出的多时相遥感数据结合随机森林特征变量优化方法,可以较为便捷地提取长江口湿地3种优势物种的空间分布特征,与最大似然法相比,分类精度有较大提高,总体分类精度由78.35%提高至87.55%,Kappa系数由0.72提高至0.84。该方法适用于存在“异物同谱”问题的湿地植物群落研究。     

赣南地区柑橘果园空间分布特征分析

赣南地区具有开展大规模柑橘种植的优越山地、气候条件。自20世纪70年代开始种植柑橘以来,在赣州地区柑橘产业现已发展成为当地农业主导产业。在Google Earth平台支持下,通过实地核查和目视解译赣南地区柑橘果园分布信息,并利用地形数据、道路和居民点分布数据等,分析柑橘果园的空间分布特征,探讨不同空间尺度下柑橘果园的聚集特征。结果表明:1)赣南柑橘果园面积约1 516.8 km2,其中寻乌、信丰、安远为柑橘种植的主要县区;2)柑橘果园主要分布于高程100~500 m、坡度25°的低缓坡地带,坡度25°的柑橘果园面积为90.2 km2,约占总面积5.9%;3)柑橘果园主要分布于距离主要道路两侧3 km及以居民点为中心半径2 km的区域范围内,分别占总面积93.4%、97.1%,体现出对道路与居民点区位的高度依赖特征;4)县域尺度、10 km、5 km和1 km格网尺度下的柑橘种植密度呈显著空间正相关,属空间聚集分布模式,随空间尺度降低,聚集度越高;5)赣南地区柑橘果园逐渐呈现出种植规模化、连片化、景观单一化的特征。     

BP网络与LVQ网络在遥感影像分类中的比较分析

遥感影像分类是遥感技术研究发展应用中的一个重要组成部分。基于Matlab平台应用BP、LVQ两种神经网络算法对TM多光谱影像进行了分类研究,最后应用混淆矩阵对这两种网络算法与最大似然法的影像分类结果做了精度评价与对比分析。实验结果表明,神经网络分类器作为一种非参数分类器,进行影像光谱特征分类时能获得较高的分类精度,引入对比度纹理特征后精度有更进一步的提高。两种神经网络算法中,LVQ网络算法的影像分类精度比BP网络要高。