基于深度学习算法的森林扰动类型遥感分类方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41901382
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0113.遥感科学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Forest disturbances threaten the ecosystem services provided by forests. Attributing forest disturbance types facilitates long-term forest monitoring and helps forest management policy making, in the face of climate change. However, traditional remote sensing classification algorithms didn’t achieve high accuracy and had difficulty in separating various disturbance types. Deep learning algorithms have been proven to out-perform traditional algorithms in many remote sensing applications and thus are more promising in classifying forest disturbance types. However, large amounts of labeled training samples are essential for deep learning algorithms. It is costly and challenging to acquire such disturbance training samples, and the performance of different deep learning algorithms (i.e. RNN, CNN and combine CNN with machine learning algorithms) has not been tested in the field of forest disturbance attribution. This project plans to leverage state-of-art deep learning algorithms to classify the major forest change agents (i.e. forest fire, harvest, insect outbreak, hurricane and urbanization etc.), and endeavors to reduce the limit of training sample quantity on the performance of deep learning algorithms and quantitatively evaluate the accuracies of different deep learning algorithms in this field of forest disturbance type attribution. Results from this project will provide more accurate and effective technical approach for attributing forest disturbance types, and provide support data for national and regional sustainable development planning.
森林扰动威胁森林的各项生态服务功能。对森林扰动类型的遥感识别有利于在大的时空尺度上对森林进行监测,和制定气候变化背景下的森林管理政策。传统遥感分类方法精度有限,难以有效区分多种森林扰动类型。相比之下,深度学习算法在遥感信息提取方面优势明显,更适合监测区分森林扰动类型。但由于深度学习需要大量标记样本,而获取森林扰动标记样本难度大、成本高,且不同深度学习算法(如RNN,CNN和CNN结合机器学习等)对于森林扰动类型分类的表现仍不确定,因而限制了深度学习算法在此领域的应用。本项目拟开展基于深度学习算法的多种森林扰动类型(如火灾、砍伐、病虫害、风灾和城市化等)的遥感监测分类研究,减小标记样本数量对深度学习算法在森林扰动类型遥感监测分类中的限制,并对不同深度学习算法在此领域的表现进行定量评估。研究成果将为森林扰动类型遥感分类提供更加精确、高效的技术途径,为国家和地区可持续发展规划提供基础数据。

结项摘要

森林干扰威胁森林的各项生态服务功能。对森林干扰类型的遥感识别有助于在大的时空尺度上对森林进行监测,和制定气候变化背景下的森林管理政策。传统遥感分类方法精度有限,难以有效区分多种森林干扰类型。相比之下,深度学习算法在遥感信息提取方面优势明显,更适合监测区分森林干扰类型。但由于深度学习需要大量标记样本,而获取森林干扰标记样本难度大、成本高,且不同深度学习算法对于森林干扰类型分类的表现仍不确定,因此限制了深度学习算法在此领域的应用。.按照既定研究计划,本项目圆满地完成预期目标,并在研究深度及广度上有了进一步突破。主要完成:(1)建立全球典型森林干扰区域(中国东北林区、美国加州和巴西亚马逊)主要干扰类型(如林火和采伐)样本数据库;(2)测试自动生成森林干扰标记样本的方法,并评估其对提升森林干扰分类精度的贡献;(3)评估不同深度学习方法对基于遥感时序数据的森林干扰分类的效果;(4)测试基于深度学习方法的森林干扰分类模型的时空迁移性。在项目资助下,发表高水平学术论文5篇(均发表在中科院一区期刊),主持人获批湖北省楚天学子、武汉市黄鹤英才优秀青年人才和华中师范大学桂子青年学者。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Characterizing the provision and inequality of primary school greenspaces in China’s major cities based on multi-sensor remote sensing
基于多传感器遥感表征中国主要城市小学绿地的供给和不平等
  • DOI:
    10.1016/j.ufug.2022.127670
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Urban Forestry & Urban Greening
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Ran Meng;Binyuan Xu;Feng Zhao;Yuntao Dong;Chong Wang;Rui Sun;Yu Zhou;Longfei Zhou;Shengsheng Gong;Dawei Zhang
  • 通讯作者:
    Dawei Zhang
Landsat-based monitoring of southern pine beetle infestation severity and severity change in a temperate mixed forest
基于陆地卫星的温带混交林南方松甲虫侵扰严重程度和严重程度变化监测
  • DOI:
    10.1016/j.rse.2021.112847
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Remote Sensing of Environment
  • 影响因子:
    13.5
  • 作者:
    Meng Ran;Gao Renjie;Zhao Feng;Huang Chengquan;Sun Rui;Lv Zhengang;Huang Zehua
  • 通讯作者:
    Huang Zehua
Comparison of UAV-based LiDAR and digital aerial photogrammetry for measuring crown-level canopy height in the urban environment
基于无人机的激光雷达和数字航空摄影测量在城市环境中测量冠层高度的比较
  • DOI:
    10.1145/1964921.1964935
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Urban Forestry & Urban Greening
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Longfei Zhou;Ran Meng;Yiyang Tan;Zhengang Lv;Yutao Zhao;Binyuan Xu;Feng Zhao
  • 通讯作者:
    Feng Zhao
Assessing Landsat-8 and Sentinel-2 spectral-temporal features for mapping tree species of northern plantation forests in Heilongjiang Province, China
评估 Landsat-8 和 Sentinel-2 光谱-时间特征以绘制中国黑龙江省北部人工林的树种
  • DOI:
    10.1016/j.fecs.2022.100032
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Forest Ecosystems
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Mengyu Wang;Yi Zheng;Chengquan Huang;Ran Meng;Yong Pang;Wen Jia;Jie Zhou;Zehua Huang;Linchuan Fang;Feng Zhao
  • 通讯作者:
    Feng Zhao
Monthly mapping of forest harvesting using dense time series Sentinel-1 SAR imagery and deep learning
使用密集时间序列 Sentinel-1 SAR 图像和深度学习每月绘制森林采伐图
  • DOI:
    10.1016/j.rse.2021.112822
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Remote Sensing of Environment
  • 影响因子:
    13.5
  • 作者:
    Zhao Feng;Sun Rui;Zhong Liheng;Meng Ran;Huang Chengquan;Zeng Xiaoxi;Wang Mengyu;Li Yaxin;Wang Ziyang
  • 通讯作者:
    Wang Ziyang

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其他文献

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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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    2021
  • 期刊:
    中华预防医学杂志
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张晓畅;吕跃斌;周锦辉;陈晨;李成橙;蔡军芳;曹兆进;赵峰;刘迎春;顾珩;路凤;施小明
  • 通讯作者:
    施小明

其他文献

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协同光学与雷达采伐探测的南方桉树林月度林龄反演研究
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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