顧海燕

中國測繪科學(xué)研究院，北京 100830

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遙感影像地理本體建模驅(qū)動的對象分類技術(shù)

顧海燕

中國測繪科學(xué)研究院，北京 100830

遙感影像分類一直是國際遙感領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，經(jīng)歷了從人工目視分類到半自動分類，正在向自動化、智能化方向發(fā)展，長期以來一直存在著“重視技術(shù)、忽視知識、缺乏本體認(rèn)識”的問題。本研究以解決該問題為突破口，以主流的面向地理對象影像分析技術(shù)GEOBIA(geographic object-based image analysis)為例，從地理本體理論角度出發(fā)，提出了遙感影像分類地理本體框架，客觀描述地理實(shí)體概念本體，構(gòu)建了遙感影像分類地理本體模型，實(shí)現(xiàn)地理本體驅(qū)動的影像對象分類方法，為遙感影像分類提供理論依據(jù)與模型方法，推動大數(shù)據(jù)、人工智能環(huán)境下遙感影像分類的自動化、智能化發(fā)展。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：

(1) 提出了“地理實(shí)體概念本體描述—遙感影像分類地理本體建?！乩肀倔w驅(qū)動的影像對象分類”遙感影像分類地理本體框架。提出了遙感影像分類地理本體框架，該框架利用地理本體鏈接主客觀知識，實(shí)現(xiàn)對地理實(shí)體的統(tǒng)一認(rèn)知與客觀描述，避免不同專家由于不同解譯經(jīng)驗(yàn)帶來的結(jié)果不一致問題；利用語義網(wǎng)絡(luò)模型有機(jī)組織和顯式表達(dá)各種知識，以計算機(jī)可操作的形式化語言明確表達(dá)語義關(guān)系；聯(lián)合數(shù)據(jù)驅(qū)動的機(jī)器學(xué)習(xí)方法與知識驅(qū)動的專家規(guī)則，實(shí)現(xiàn)地理本體驅(qū)動的影像對象分類，為遙感影像分類提供標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)的框架，客觀模型及新型方法，變遙感影像分類的不確定性為確定性，提高影像分類的科學(xué)性，推動其自動化發(fā)展及工程化應(yīng)用。

(2) 建立了面向地理本體建模的地理實(shí)體概念與知識體系。面向遙感影像分類客觀建模需求，從地理知識、遙感影像特征、影像對象特征、專家知識4個方面總結(jié)歸納了地理實(shí)體領(lǐng)域知識，建立了地理實(shí)體領(lǐng)域知識的概念本體框架，提高了地理實(shí)體表達(dá)的客觀性，確保描述地理實(shí)體的知識的一致性，避免了專家知識不同導(dǎo)致的結(jié)果不一致問題。具體以地表覆蓋為例，總結(jié)歸納地表覆蓋實(shí)體的領(lǐng)域知識，構(gòu)建了地表覆蓋實(shí)體概念本體，為本體建模奠定知識基礎(chǔ)。

(3) 建立了遙感影像分類地理本體模型。在構(gòu)建地理實(shí)體概念與知識體系的基礎(chǔ)上，利用網(wǎng)絡(luò)本體語言O(shè)WL(Web Ontology Language)構(gòu)建遙感影像、影像對象、分類器的本體模型，具體給出了決策樹及專家規(guī)則兩種典型分類器的本體模型，利用protégé本體編輯軟件進(jìn)行模型表達(dá)，形式化表達(dá)了整個語義網(wǎng)絡(luò)模型，為分類提供了客觀模型。

(4) 提出了地理本體驅(qū)動的影像對象分類方法的4個層次。①影像分類地理本體模型構(gòu)建；②圖論與分形網(wǎng)絡(luò)演化相結(jié)合的遙感影像并行分割；③基于隨機(jī)森林的特征自動優(yōu)選；④基于語義網(wǎng)絡(luò)模型的影像對象語義分類。通過研究并行分割、特征優(yōu)選、語義分類技術(shù)，能夠得到客觀反映地理實(shí)體的分類結(jié)果及語義信息，實(shí)現(xiàn)地理實(shí)體領(lǐng)域知識的共享與語義網(wǎng)絡(luò)模型的復(fù)用，推動數(shù)據(jù)驅(qū)動方法向知識驅(qū)動方法轉(zhuǎn)變。

(5) 開展面向地理國情普查的地表覆蓋分類試驗(yàn)。面向地表覆蓋分類中的耕地、林地、園地、草地、房屋建筑(區(qū))、道路、荒漠與裸露地表、水域8種類型，以云南瑞麗市、陜西臨潼區(qū)為試驗(yàn)區(qū)，以ZY-3、WorldView-2高分辨率影像為數(shù)據(jù)源，以中國測繪科學(xué)研究院開發(fā)的地理國情要素提取與解譯系統(tǒng)FeatureStation_GeoEX、美國斯坦福大學(xué)開發(fā)的Protégé軟件為試驗(yàn)平臺，開展了地表覆蓋分類試驗(yàn)，結(jié)果表明提出的框架、模型與方法具有客觀性、明確性、可擴(kuò)展性、自適應(yīng)性等特征，能夠?qū)崿F(xiàn)遙感影像分類過程的客觀建模、影像對象的語義分類以及領(lǐng)域知識共享。

GU Haiyan (1982—)，female，

her doctoral degree from Wuhan University on June 2016，majors in high quality processing and intelligent interpretation of RS image.

The Technology of Geo-ontology Modeling Driven Object Classification for Remote Sensing Image

GU Haiyan

Chinese Academy of Surveying and Mapping,Beijing 100830, China

顧海燕.遙感影像地理本體建模驅(qū)動的對象分類技術(shù)[J].測繪學(xué)報，2017,46(5)：667.

10.11947/j.AGCS.2017.20170054. GU Haiyan.The Technology of Geo-ontology Modeling Driven Object Classification for Remote Sensing Image[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(5):667. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170054.

2017-02-08

顧海燕(1982—)，女， 2016年6月畢業(yè)于武漢大學(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師：閆利教授)，研究方向?yàn)檫b感影像高性能處理與智能解譯。

P228

D

1001-1595(2017)05-0667-01

國家自然科學(xué)基金(41371406)

E-mail： guhy@casm.ac.cn