深度迁移学习支持下的高分辨率遥感影像变化检测研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41801351
  • 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:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The dynamic analysis of earth surface changes is crucial to understanding the relationship between human development and natural phenomena. At present, remote sensing technology can achieve continuous observation with high spatial resolution, wide range and high frequency, which provides a solid data base for detecting, identifying and analyzing changes. In fact, supervised change detection is widely used as it can show the shift of change types in detail, which often relies on adequate and reliable change samples. However, the cost of selecting a large number of reliable samples is usually high, which seriously restricts the accuracy and the level of automation of change detection. Therefore, this project aims to improve the accuracy and intelligence level of high-resolution remote sensing change detection by introducing the theories and methods of transfer learning and deep learning. It concentrates on three aspects: First of all, the project will develop a deep transfer learning network which can effectively solve the problem of scene transfer and automated sample selection. Secondly, the determination mechanism of reliable samples is then proposed to improve the reliability of the change detection samples by the similarity measure of the features of the multi-phase high resolution imagery. Finally, a multi-task framework using multi source knowledge fusion is established, which can mine the related deep features of multi temporal remote sensing images and improving the accuracy of change detection. The research results will provide theoretical and technical support for the applications of ecosystem monitoring, urban planning, disaster assessment and many other aspects.
地表变化的动态检测分析对于理解人类发展与自然现象之间的关系至关重要。目前,遥感技术可以实现高空间分辨率、大范围、高频次的持续观测,为探测、识别和分析变化提供了坚实的数据基础。方法上,监督变化检测可以详尽的展示变化类型的转移并因此得到了广泛应用,但往往依赖于充足且可靠的变化样本。然而,大量可靠样本的获取成本通常较高,严重制约了变化检测的精度及自动化水平。因此,本项目拟借助迁移学习对知识迁移的能力及深度学习高层次特征的自学习能力,提升高分辨率遥感变化检测的精度与智能化水平。研究内容包括:构建有标注历史场景向无标注变化场景的迁移模型,有效解决变化样本少的问题;通过对多时相高分辨率像对特征的相似测度,进行变化样本筛选以提高可靠性;建立多源知识联合的多任务变化检测框架,挖掘多时相遥感影像的相关特征,提升变化检测的精度。研究成果将为生态系统监测、城市规划、灾害评估等诸多方面的应用中提供理论和技术支撑。

结项摘要

本项目针对多时相高分辨率遥感影像变化检测方法的瓶颈,提出了深度网络层次化特征学习、知识迁移以及多任务深度融合等相关模型,来提升高分辨率遥感变化检测的精度与智能化水平。该解决方案可为城市规划、生态系统监测、灾害评估等诸多方面的应用提供支撑。主要成果如下:(1)针对传统遥感影像分类算法特征学习能力不足的问题,发展了三种用于典型地物识别(建筑物、树木、土地覆盖)的层次化卷积特征提取与分类模型,实现了面向多时相影像的高精度分类;(2)针对变化样本缺失的问题,利用目标域样本迁移与可靠性测度方法,构建了多时相遥感影像变化检测样本集;(3)提出了一种多源知识联合的多任务高分辨率遥感影像变化检测框架,有效提升了变化检测的精度及其自动化水平。本项目基本按原计划执行,针对不同领域,包括建筑物、植被等的变化实例进行了应用研究。围绕本项目的研究内容发表了系列原创性的论文,在International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation等期刊上发表论文8篇;申请国家发明专利2项;项目成果还获得了省部级科技进步奖2项;项目执行期,5人次参加了国际交流;本项目协助培养了博士4名,硕士1名。总体上来讲,本项目的研究成果已基本达到预期目标,但也有部分内容需要继续改善:项目研究中建立的样本集范围仅限于亚热带城市,全球更大范围内不同城市的样本需进一步囊括进来。随着海量高分辨率影像的不断积累,利用该方法可以实现更多领域、更密集时间尺度下内的变化检测,为其他相关研究提供相关的技术和数据支撑。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(1)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
A Deep Learning-Based Framework for Automated Extraction of Building Footprint Polygons from Very High-Resolution Aerial Imagery
基于深度学习的框架,用于从超高分辨率航空图像中自动提取建筑足迹多边形
  • DOI:
    10.3390/rs13183630
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Remote Sensing
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Li Ziming;Xin Qinchuan;Sun Ying;Cao Mengying
  • 通讯作者:
    Cao Mengying
Fine-Grained Building Change Detection From Very High-Spatial-Resolution Remote Sensing Images Based on Deep Multitask Learning
基于深度多任务学习的超高分辨率遥感图像细粒度建筑变化检测
  • DOI:
    10.1109/lgrs.2020.3018858
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Ying Sun;Xinchang Zhang;Jianfeng Huang;Haiying Wang;Qinchuan Xin
  • 通讯作者:
    Qinchuan Xin
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
    International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation
  • 影响因子:
    7.5
  • 作者:
    Sun Ying;Li Ziming;He Huagui;Guo Liang;Zhang Xinchang;Xin Qinchuan
  • 通讯作者:
    Xin Qinchuan
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使用门控残差细化网络从高分辨率航空图像和 LiDAR 数据中自动提取建筑物
  • DOI:
    10.1016/j.isprsjprs.2019.02.019
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    ISPRS JOURNAL OF PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING
  • 影响因子:
    12.7
  • 作者:
    Huang, Jianfeng;Zhang, Xinchang;Zhang, Pengcheng
  • 通讯作者:
    Zhang, Pengcheng
Deep Learning Approaches for the Mapping of Tree Species Diversity in a Tropical Wetland Using Airborne LiDAR and High-Spatial-Resolution Remote Sensing Images
利用机载激光雷达和高分辨率遥感图像绘制热带湿地树种多样性的深度学习方法
  • DOI:
    10.3390/f10111047
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Forests
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Ying Sun;Jianfeng Huang;Zurui Ao;Dazhao Lao;Qinchuan Xin
  • 通讯作者:
    Qinchuan Xin

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  • DOI:
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  • 发表时间:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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AI项目解读示例

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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