摘 要：遙感圖像能夠更為豐富地反映地物內(nèi)部信息，但多種應用場景下會出現(xiàn)時間序列關(guān)鍵特征難以提取，導致圖像分類效果不佳的問題。為此，設計一種面向多應用場景的遙感圖像長短期記憶（Ｌｏｎｇ Ｓｈｏｒｔ Ｔｅｒｍ Ｍｅｍｏｒｙ，ＬＳＴＭ） 網(wǎng)絡分類模型。對場景遙感圖像時間序列特征進行表示；改進動態(tài)時間彎曲質(zhì)平均算法，利用改進算法提取場景遙感圖像時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征；構(gòu)建ＬＳＴＭ 模型，利用梯度下降法訓練ＬＳＴＭ 模型，更新網(wǎng)絡的權(quán)值與偏置，在訓練完成的網(wǎng)絡內(nèi)，輸入時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征，輸出遙感圖像場景分類結(jié)果。實驗結(jié)果表明，所設計模型可有效分類遙感圖像場景，對場景遙感圖像分類的Ｋａｐｐａ 值為０． ９７，分類耗時５． ６ ｓ，分類不同類別遙感圖像場景時的預測分布方差最大為０． ６，該方法的分類精度較高，且消融實驗結(jié)果顯示所設計模型的召回率高達９５％ ，Ｆ１ 值高達０． ９６，由此可見，所設計模型對場景遙感圖像分類具有顯著的有效性。

關(guān)鍵詞：遙感圖像；場景；關(guān)鍵形態(tài)特征；長短期記憶模型；分類

中圖分類號：ＴＰ３９１． ４ 文獻標志碼：Ａ 開放科學（資源服務）標識碼（ＯＳＩＤ）：

文章編號：１００３－３１０６（２０２４）０４－０９７７－０７

０ 引言

在遙感技術(shù)的快速發(fā)展下，通過不同場景中的遙感圖像捕獲能夠得到豐富的地物信息。遙感圖像的產(chǎn)生，不僅在土地利用、城市規(guī)劃和環(huán)境檢測等民用方面得到廣泛應用，在軍事領(lǐng)域也發(fā)揮了重要作用［１－２］。為從遙感圖像中捕獲有效信息，場景遙感圖像分類逐漸成為該領(lǐng)域研究的熱點。同一類別的圖像會有巨大差異，而不同類別的圖像會變得相似，由此加大了圖像分類的難度［３－４］。傳統(tǒng)的分類算法采用低級或中級手工特征，這些特征表示圖像高級語義信息的能力較差，難以在海量復雜場景圖像上取得滿意的效果［５－７］。為此，急需尋找一種高效的遙感圖像分類方法，選擇有效的特征信息來提高圖像分類性能。

許多相關(guān)研究應運而生，Ｙｕ 等［８］利用幾何歸一化預處理遙感圖像，再利用深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡，提取深度特征，并完成遙感圖像場景分類，該方法具備遙感圖像場景分類的有效性，且場景分類精度較高，但分類耗時較長。Ｑｉ 等［９］提出了一種基于旋轉(zhuǎn)不變性正則化的深度孿生網(wǎng)絡的場景分類算法，以學習旋轉(zhuǎn)不變性設計深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡模型，該模型通過直接強制旋轉(zhuǎn)前后訓練樣本的標簽彼此接近映射來實現(xiàn)，并對模型的目標函數(shù)施加了旋轉(zhuǎn)不變性正則化約束，該方法可有效分類遙感圖像場景，但預測分布方差較大。Ｙｕ 等［１０］提出了一種金字塔形和條件卷積注意網(wǎng)絡的遙感圖像場景分類算法，該網(wǎng)絡通過不同權(quán)值和不同尺度的卷積核，全面有效地捕獲遙感圖像的信息，其中譜分支使用條件參數(shù)化卷積根據(jù)輸入特征自定義卷積核，提取圖像特征；空間分支使用金字塔卷積，捕獲遙感圖像中不同層次的詳細信息；同時通過門控自適應和信道歸一化來捕捉不同信道間的競爭與合作關(guān)系，共同處理譜分支與空間分支提取的特征，得到遙感圖像場景分類結(jié)果。該方法的遙感圖像場景分類精度較高，但時間序列特征分析欠缺。Ｙａｎｇ 等［１１］提出了一種基于多類損失反饋的判別字典學習的遙感圖像場景分類算法，該算法在訓練支持向量機的同時學習判別字典，使學習到的字典提取的特征與支持向量機更好地匹配；由于將字典學習和支持向量機訓練整合到一個統(tǒng)一的學習框架中，并且從反饋的角度為分類方案制定的循環(huán)多類損失項具有良好的準確性，因此可以獲得更好的分類性能，該方法具備較優(yōu)的分類效率，但遙感圖像場景分類效果較差。Ｚｈａｎｇ 等［１２］提出了一個兩階段半監(jiān)督學習的遙感圖像場景分類算法，第一階段訓練２ 個自監(jiān)督模型，第二階段通過深度相互學習融合２ 個模型，利用其中一個模型提供的互補信息增強２ 個模型，實現(xiàn)遙感圖像場景分類精度。該方法的遙感圖像場景分類效率較好，但未考慮遙感圖像的時間序列信息，無法在時間域內(nèi)得到場景遙感圖像時間序列特征的重要性差異，出現(xiàn)重要特征被忽視的問題，影響場景遙感圖像分類性能。

為解決現(xiàn)有研究存在的不足，提出面向多應用場景的遙感圖像長短期記憶（Ｌｏｎｇ Ｓｈｏｒｔ Ｔｅｒｍ Ｍｅｍ-ｏｒｙ，ＬＳＴＭ）網(wǎng)絡分類模型，精準分類場景遙感圖像。所設計模型的創(chuàng)新點為：

① 改進動態(tài)時間彎曲質(zhì)平均算法，提取出時間序列的關(guān)鍵形態(tài)特征，為后續(xù)分類提供了有效的特征向量。

② 利用梯度下降法訓練ＬＳＴＭ，該網(wǎng)絡利用時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征進行訓練和分類，并在處理時序數(shù)據(jù)的同時，考慮了長期和短期記憶之間的平衡，從而提升了分類精度。

③ 充分考慮時間序列數(shù)據(jù)的時序性，有效地處理了遙感圖像數(shù)據(jù)中的時間序列信息，實現(xiàn)了對遙感圖像場景的準確分類。

１ 多應用場景遙感圖像ＬＳＴＭ 分類模型框架設計

遙感技術(shù)因其能夠在較短時間內(nèi)觀測大范圍地區(qū)的優(yōu)勢，在多種應用領(lǐng)域和場景中得到廣泛應用。遙感圖像作為主要表現(xiàn)和利用形式，對其進行分類來獲取有效信息成為一個廣為關(guān)注的研究課題。本文引入當前先進的技術(shù)手段，采用深度學習進行遙感圖像分類研究，設計面向多應用場景的遙感圖像ＬＳＴＭ 分類模型，模型框架如圖１ 所示。

由于場景遙感圖像時間序列具備多變量、高維度等特性，會加大場景遙感圖像的分類難度，為此，本文首先利用一種時間序列特征表示方法，降維處理場景遙感圖像時間序列數(shù)據(jù)集，提取場景遙感圖像時間序列的關(guān)鍵形態(tài)特征，降低后續(xù)場景遙感圖像分類難度；然后構(gòu)建ＬＳＴＭ 分類模型，將遙感圖像信息輸入ＬＳＴＭ 分類模型中，通過模型訓練實現(xiàn)遙感圖像分類。

２ 多應用場景中遙感圖像關(guān)鍵形態(tài)特征提取

２． １ 場景遙感圖像時間序列特征表示

在采集場景遙感圖像時，會產(chǎn)生大量時間序列數(shù)據(jù)，描繪遙感圖像的時間序列信息，通過提取時間序列特征，可全面了解時間序列特征的重要性差異［１３－１４］，避免出現(xiàn)重要特征丟棄問題，提升場景遙感圖像分類精度。

場景遙感圖像時間序列指數(shù)是具有一定關(guān)系的一元時間序列組建而成的時間序列。令場景遙感圖像的時間序列為Ｘ ＝ （ｙ１ ，ｙ２ ，…，ｙｍ ），Ｘ 內(nèi)的第ｉ 個維度時的觀測值為ｙｉ ＝ （ｘ１ｉ，ｘ２ｉ，…，ｘｎｉ ）；維度為ｍ；時間維度為ｎ。場景遙感圖像時間序列的ｎ×ｍ 矩陣形式如下：

令場景遙感圖像時間序列數(shù)據(jù)集為Ｄ ＝{Ｘ１，Ｘ２，…，ＸＫ}，場景遙感圖像時間序列數(shù)量為 Ｋ，其中，ｙｉｊ是Ｘｉ 的第ｊ 個變量分量。

令已知２ 條一元時間序列ｙａ ＝ （ａ１ ，ａ２ ，…，ａＮ ）與ｙｂ ＝ （ｂ１ ，ｂ２ ，…，ｂＭ ），由ｙａ 與ｙｂ 建立的Ｎ×Ｍ 距離矩陣如下：

ＧＮ ×Ｍ ＝ ｇ（ａｉ，ｂｊ）， （２）

式中：ｙａ 內(nèi)第ｉ 個變量分量為ａｉ，ｙｂ 內(nèi)第ｊ 個變量分量為ｂｊ，ａｉ 與ｂｊ 的距離為ｇ（ａｉ，ｂｊ）。

找到ｙａ 與ｙｂ 間距離最短的彎曲路徑Ｐ ＝ （ｐ１ ，ｐ２ ，…，ｐＫ ）（ｍａｘ｛Ｎ，Ｍ｝≤Ｋ≤Ｎ＋Ｍ－１），令累積距離Ｒ（Ｎ，Ｍ）最小，同時Ｐ 還需符合邊界性、不間斷性與單調(diào)性，為此距離函數(shù)ＤＴＷ（ｙａ，ｙｂ）如下：

式中：第ｋ 個場景遙感圖像時間序列是ｐｋ。

令ｙａ 為初始簇中心，利用式（３）求解ｙａ 和遙感圖像一元時間序列數(shù)據(jù)集Ｂ ＝ ｛ｙｂ１，ｙｂ２，…，ｙｂＬ ｝［１５－１６］，其中，Ｌ 是Ｂ 內(nèi)時間序列數(shù)量。場景遙感圖像時間序列數(shù)據(jù)集的中心時間序列ｃｉ 計算如下：

式中：ｂｋ 表示Ｂ 內(nèi)第ｋ 個變量分量，ζｊ（·）表示和ｙａ內(nèi)數(shù)據(jù)點匹配的點集合，ｃｉ 表示和ａｉ 數(shù)據(jù)點存在匹配關(guān)系的全部數(shù)據(jù)點均值。

由此完成場景遙感圖像時間序列特征表示。

２． ２ 場景遙感圖像關(guān)鍵形態(tài)特征提取

獲取場景遙感圖像時間序列特征后，對時間序列的關(guān)鍵形態(tài)特征進行提取，以更加全面地反映場景遙感圖像的變化和演化過程，為后續(xù)的場景遙感圖像處理和分析提供更為豐富和準確的信息。

為提取場景遙感圖像的時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征，需要先分析各場景遙感圖像類別的多時間序列整體形態(tài)，各類別均由一個新的時間序列描繪其整體形態(tài)［１７］；再依據(jù)各場景遙感圖像類別的整體形態(tài)，獲取各場景遙感圖像類別間每個變量間的形態(tài)差異；最后依據(jù)類內(nèi)和類間的形態(tài)差異，獲取遙感圖像的時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征。

為提升遙感圖像的時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征提取精度，在動態(tài)時間彎曲質(zhì)平均算法的基礎(chǔ)上進行改進，設計一種關(guān)鍵形態(tài)特征表示方法。令變量是ｍ的場景遙感圖像時間序列數(shù)據(jù)集為Ｄ ＝ ｛Ｘ１ ，Ｘ２ ，…，ＸＫ ｝，同一個場景遙感圖像時間序列數(shù)據(jù)集內(nèi)，時間序列的長度可能相同，也可能不同，即Ｘｉ 與Ｘｊ 內(nèi)時間維度ｎｉ ＝ ｎｊ 或ｎｉ≠ｎｊ。

因為場景遙感圖像時間序列內(nèi)，每個變量分量間都包含量綱，所以提取時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征前，需要標準化處理場景遙感圖像的時間序列數(shù)據(jù)集，提升變量分量的不變性［１８］。場景遙感圖像的時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征依據(jù)類別數(shù)Ｃ 實施劃分，可獲?。?個子集，即Ｄα＝ ｛Ｘｉ｝α，其表示類別是α 的場景遙感圖像時間序列子集。計算每個子集的ｃｉ，再尋找ｃｉ的β 個關(guān)鍵變量，即時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征Ｄ′ ＝｛Ｘ′１ ，Ｘ′２ ，…，Ｘ′Ｋ ｝，且β＜ｍ。場景遙感圖像的時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征提取步驟如下：

① 依據(jù)類別分割Ｄ，獲取Ｄα＝{Ｘｉ}α。

② 在Ｄα內(nèi)任意選取一個時間序列，當成初始中心時間序列，并利用式（４）求解其余類別的中心時間序列。

③ 反復操作②，直到α ＝ Ｃ 為止，獲取每個類別的中心時間序列。

④ 求解類α 的時間序列變量權(quán)重ｗα，公式如下：

式中：ｙＵｉ、ｙＵ′ｊ 為遙感圖像一元時間序列數(shù)據(jù)集Ｕ、Ｕ′內(nèi)第ｉ、ｊ 條時間序列。

⑤ 降序排列的ｗα，選擇前β 個值，β 個值相應的變量即關(guān)鍵特征變量Ｄα＝{Ｘｉ}α，在Ｄα＝ ｛Ｘｉ｝α內(nèi)提取分量，獲取Ｄα′＝ Ｘ′ｉ { }α，反復操作⑤，直到Ｃ 個子集完成特征分量提取為止，融合新子集，得到場景遙感圖像的時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征Ｄ′＝ ｛Ｘ′１ ，Ｘ′２ ，…，Ｘ′Ｋ ｝。

３ 基于ＬＳＴＭ 的場景遙感圖像分類模型

場景遙感圖像分類是一個復雜的問題，需要對不同場景圖像之間的差異和特征進行深入研究和分析。因為ＬＳＴＭ 網(wǎng)絡既能剔除冗余時間維度數(shù)據(jù)，還能保留有效的時序信息，可以較好地發(fā)現(xiàn)場景遙感圖像時間序列數(shù)據(jù)集的潛在規(guī)律［１９］，所以在獲取場景遙感圖像的時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征的基礎(chǔ)上，采用ＬＳＴＭ 網(wǎng)絡對時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征進行分類，能夠更好地挖掘遙感圖像數(shù)據(jù)的時序信息，提升圖像分類精度。

３． １ ＬＳＴＭ 網(wǎng)絡模型構(gòu)建

ＬＳＴＭ 能夠在隱藏層學習數(shù)據(jù)的時序性，具備較優(yōu)的學習性能，可避免出現(xiàn)梯度消亡問題。

令ＬＳＴＭ 的輸入門為ｚｔ，在ｚｔ 內(nèi)輸入上述提取的場景遙感圖像時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征Ｄ′ ＝Ｘ′１ ，Ｘ′２ { ，…，Ｘ′Ｋ}，ｚｔ 的計算如下：

ｚｔ ＝ Φ（ωｚ ·（ｈｔ－１ ，Ｄ′ｔ ）＋ ρｚ ）， （６）

式中：ｔ 為時刻，Φ（·）為Ｓｉｇｍｏｉｄ 函數(shù)，ωｚ、ρｚ 為ｚｔ 的權(quán)值與偏置，ｈｔ－１ 為ｔ－１ 時刻的隱藏狀態(tài)，λ 為可調(diào)節(jié)因子。

令ＬＳＴＭ 的遺忘門為ｓｔ，計算如下：

ｓｔ ＝ Φ（λ·ωｓ ·（ｈｔ－１ ，Ｄ′ｔ ）＋ ρｓ ）， （７）

式中：ωｓ、ρｓ 分別為ｓｔ 的權(quán)值與偏置。

μｔ 為ＬＳＴＭ 的更新內(nèi)容，計算如下：

μｔ ＝ ｓｔ × μｔ－１ ＋ ｚｔ μ′ｔ ， （８）

式中：μ′ｔ 為備選更新內(nèi)容，μｔ－１ 為ｔ－１ 時刻的更新內(nèi)容。μ′ｔ 的計算如下：

μ′ｔ ＝ ｔａｎｈ（λ·ωμ ·（ｈｔ－１ ，Ｄ′ｔ ）＋ ρμ ）， （９）

式中：ωμ、ρμ 分別為μｔ 的權(quán)值與偏置，ｔａｎｈ（· ）為ｔａｎｈ 函數(shù)。

ＬＳＴＭ 的輸出門為Ｏｔ［２０］，計算如下：

Ｏｔ ＝ Φ（λ·ωＯ ·（ｈｔ－１ ，Ｄ′ｔ ）＋ ρＯ ）， （１０）

式中：ωＯ 、ρＯ 為Ｏｔ 的權(quán)值與偏置。

３． ２ 基于模型訓練實現(xiàn)場景遙感圖像分類

通過上述步驟完成ＬＳＴＭ 網(wǎng)絡模型構(gòu)建，然后對模型進行訓練。本文利用梯度下降法對ＬＳＴＭ 網(wǎng)絡進行訓練和優(yōu)化，能夠自動學習數(shù)據(jù)中的規(guī)律和特征，提高分類模型的泛化能力和適應性，實現(xiàn)場景遙感圖像分類。

利用梯度下降法最小化損失函數(shù)，修正權(quán)值ω與偏置ρ，損失函數(shù)Ｅ 的計算如下：

式中：η 為遙感圖像場景類別數(shù)量，θ 為每個類別內(nèi)遙感圖像數(shù)量，ｈτｉ′ 為第ｉ′類第τ 個場景遙感圖像的分類結(jié)果， ＾ｈτｉ′為期望分類結(jié)果。

訓練ＬＳＴＭ 的目的在于找到最佳的ω 與ρ，提升遙感圖像場景分類精度。通過最小化Ｅ，可獲取最佳的權(quán)值ω* 與偏置ρ* ，公式如下：

通過求導式（１２）、式（１３）可獲取ω*ｌ 與ρ*ｌ 的修正公式如下：

式中：ε 為學習率，ｌ 為迭代次數(shù)。

訓練完成后，在ＬＳＴＭ 內(nèi)輸入提取的時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征，輸出遙感圖像場景分類結(jié)果。ＬＳＴＭ的輸出結(jié)果是ｈｔ，計算如下：

ｈｔ ＝ Ｏｔ × ｔａｎｈ（μｔ）。（１６）

式（１６）的結(jié)果為ｔ 時刻場景遙感圖像分類結(jié)果。利用ＬＳＴＭ 遺忘的信息，能夠進一步縮減場景遙感圖像時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征維度的數(shù)據(jù)冗余，加快場景遙感圖像分類效率。

４ 實驗分析

４． １ 實驗環(huán)境和數(shù)據(jù)集

為測試面向多應用場景的遙感圖像ＬＳＴＭ 分類模型的性能，進行仿真測試分析。在Ｍａｔｌａｂ 仿真軟件上搭建場景遙感圖像分類仿真分析平臺，使用Ｐｙｔｈｏｎ 編程語言以及相關(guān)的ＴｅｎｓｏｒＦｌｏｗ 機器學習庫來實現(xiàn)算法。實驗硬件環(huán)境為：４ 核ＣＰＵ，１６ ＧＢ ＲＡＭ。

本文選擇３ 個遙感領(lǐng)域公開數(shù)據(jù)集為實驗對象，分別為ＷＨＵＲＳ１９ 數(shù)據(jù)集、ＲＳＳＣＮ７ 數(shù)據(jù)集和ＲＳＣ１１ 數(shù)據(jù)集。利用本文算法對這３ 個數(shù)據(jù)集的場景遙感圖像進行分類，分析本文算法場景遙感圖像分類的有效性。３ 個數(shù)據(jù)集的具體信息如表１所示。

４． ２ 實驗步驟和細節(jié)

實驗步驟和細節(jié)如下：

① 將原始的多時相遙感圖像數(shù)據(jù)進行預處理，如裁剪、歸一化和數(shù)據(jù)增強等操作，以生成用于訓練和測試的圖像數(shù)據(jù)。

② 利用關(guān)鍵形態(tài)特征表示方法，對遙感圖像的時間序列數(shù)據(jù)集進行降維處理，提取時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征，并用這些特征來訓練分類器。

③ 搭建ＬＳＴＭ 模型，利用梯度下降法對ＬＳＴＭ進行訓練，并更新網(wǎng)絡的權(quán)值與偏置。通過不斷調(diào)整優(yōu)化，將學習率設置為０． ００１，衰減率設置為０． ９，最小化損失函數(shù)。

④ 在訓練完成的ＬＳＴＭ 內(nèi)，輸入大小為１００ ｐｉｘｅｌ×１００ ｐｉｘｅｌ 的原始遙感圖像，步長設置為１０，卷積核尺寸為３×３，輸出特征圖大小為１０ ｐｉｘｅｌ×１０ ｐｉｘｅｌ，完成場景遙感圖像分類任務。

４． ３ 實驗結(jié)果分析

實驗指標設置如下：

① 遙感圖像場景分類效果；

② Ｋａｐｐａ 值分析；

③ 場景遙感圖像分類耗時；

④ 預測分布方差結(jié)果分析；

⑤ 消融實驗：以召回率、Ｆ１ 值為指標，設計消融實驗，驗證本文設計模型的有效性。

４． ３． １ 遙感圖像場景分類效果

在ＷＨＵ-ＲＳ１９ 數(shù)據(jù)集內(nèi)隨機選擇９ 類遙感圖像，分別對應９ 個場景，每類場景選擇１００ 張圖像，利用６ 種算法對這９ 類共９００ 張遙感圖像進行場景分類，結(jié)果如表２ 所示。

根據(jù)表２ 可知，５ 種對比算法均存在對遙感圖像場景分類錯誤的現(xiàn)象，而采用本文算法可有效分類遙感圖像場景，對９００ 張遙感圖像場景分類結(jié)果均正確。實驗結(jié)果證明，本文算法可精準分類遙感圖像場景。由于本文算法準確對遙感圖像場景進行了降維處理，提取出了時間序列的關(guān)鍵形態(tài)特征，從而提升了遙感圖像場景分類的準確率。

４． ３． ２ Ｋａｐｐａ 值分析

分析本文算法的遙感圖像場景分類效果，利用Ｋａｐｐａ 值衡量本文算法遙感圖像場景分類精度，其值越接近１，遙感圖像場景分類精度越高。以ＲＳＳＣＮ７ 數(shù)據(jù)集為例，得出６ 種算法的Ｋａｐｐａ 值分析結(jié)果如圖２ 所示。

根據(jù)圖２ 可知，本文算法對ＲＳＳＣＮ７ 數(shù)據(jù)集中１ ２３２ 張遙感圖像場景分類的Ｋａｐｐａ 值為０． ９７，遠高于其他５ 種對比方法，且遙感圖像場景分類過程中Ｋａｐｐａ 值的穩(wěn)定性也好于對比方法。實驗證明，在剔除不同樣本量時，本文算法遙感圖像場景分類的Ｋａｐｐａ 值較高，即場景分類精度較高。

４． ３． ３ 場景遙感圖像分類耗時

為進一步明確遙感圖像場景分類的性能，以ＲＳＣ１１ 數(shù)據(jù)集為例，測試６ 種算法的分類耗時，測試結(jié)果如表３ 所示。

從表３ 可知，本文算法的分類耗時遠優(yōu)于對比算法，具有較高的遙感圖像場景分類效率。這是因為本文算法利用梯度下降法訓練ＬＳＴＭ，利用時間序列關(guān)鍵形態(tài)特征進行訓練和分類，避免了高維數(shù)據(jù)的訓練耗時較長的問題，提高了方法的分類效率。本文算法采用ＬＳＴＭ 網(wǎng)絡對遙感圖像場景分類，能夠有效地捕捉時間序列數(shù)據(jù)中的時序信息，通過梯度下降法進行訓練和優(yōu)化，能夠自適應地學習數(shù)據(jù)中的規(guī)律和特征，提高分類模型的泛化能力。同時，ＬＳＴＭ 網(wǎng)絡具有一定的自適應能力和記憶功能，能夠更好地處理復雜的序列數(shù)據(jù)，從而提高分類效率。

４． ３． ４ 預測分布方差結(jié)果分析

以ＷＨＵ-ＲＳ１９ 數(shù)據(jù)集為例，分析６ 種算法對ＷＨＵ-ＲＳ１９ 數(shù)據(jù)集進行遙感圖像場景分類時的預測分布方差，預測分布方差越小，說明遙感圖像場景分類精度越高，分析結(jié)果如圖３ 所示。

根據(jù)圖３ 可知，對于不同場景類別，本文算法的預測分布方差均明顯低于其余５ 種算法，本文算法的最高預測分布方差為０． ６，其余５ 種算法的最高預測分布方差均為１． ０。實驗證明，本文算法的預測分布方差明顯低于其余５ 種算法，說明本文算法的遙感圖像場景分類精度較高。本文算法通過結(jié)合動態(tài)時間彎曲質(zhì)平均算法和關(guān)鍵形態(tài)特征表示方法，提取出時間序列的關(guān)鍵形態(tài)特征。這些特征向量為后續(xù)分類提供了有效的信息基礎(chǔ)。同時，利用梯度下降法訓練ＬＳＴＭ，該網(wǎng)絡能夠充分考慮時間序列數(shù)據(jù)的時序性，從而提升分類精度。

４． ３． ５ 消融實驗

為進一步驗證本文分類模型的有效性，設計消融實驗，分析考慮時間序列數(shù)據(jù)的時序性、提取時間序列的關(guān)鍵形態(tài)特征、構(gòu)建ＬＳＴＭ 模型并訓練３ 個步驟對遙感圖像分類的影響。消融實驗結(jié)果如表４所示。實驗中第一組數(shù)據(jù)為傳統(tǒng)的遙感圖像分類方法，第二組將考慮時間序列數(shù)據(jù)的時序性和提取時間序列的關(guān)鍵形態(tài)特征組合，第三組將考慮時間序列數(shù)據(jù)的時序性和構(gòu)建ＬＳＴＭ 模型并訓練組合，第四組將提取時間序列的關(guān)鍵形態(tài)特征和構(gòu)建ＬＳＴＭ模型并訓練組合，第五組將三者組合。通過分析可以看出，本文設計的分類模型的召回率高達９５％ ，Ｆ１ 值高達０． ９６，相較其他情況下的分類效果，本文方法的性能明顯較好，表明本文方法的創(chuàng)新點具有一定的應用效果。

５ 結(jié)束語

地物幾何結(jié)構(gòu)復雜和目標種類繁多等問題，加大了遙感圖像的背景信息繁瑣程度，導致在各領(lǐng)域的應用效果不佳。為提升遙感圖像的應用效果，提出并設計了面向多應用場景的遙感圖像ＬＳＴＭ 分類模型。通過實驗得出，所設計模型具有較高的遙感圖像場景分類的精度，并且Ｋａｐｐａ 系數(shù)達到了０． ９７，在分類不同目標物的遙感圖像場景時具有更小的預測分布方差，且消融實驗結(jié)果顯示具有較高的召回率和Ｆ１ 值，進一步驗證了其分類性能?？梢姂盟O計模型能夠精準分類遙感圖像場景，為遙感圖像在各個領(lǐng)域內(nèi)的應用提供了更為精準的數(shù)據(jù)支持。

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作者簡介

王換換 女，（１９８８—），碩士，講師。主要研究方向：數(shù)據(jù)挖掘與信息處理。

王建玲 女，（１９８７—），碩士，講師。主要研究方向：網(wǎng)絡安全。

閆新慶 男，（１９６７—），博士后，副教授。主要研究方向：ＲＦＩＤ、無線傳感器網(wǎng)絡、軟件開發(fā)。

基金項目：河南省科技廳軟科學研究項目（２１２４００４１０２４５）