博士論文摘要|顧海燕：遙感影像地理本體建模驅動的對象分類技術

《測繪學報》

構建與學術的橋樑 拉近與權威的距離

遙感影像地理本體建模驅動的對象分類技術

顧海燕

測繪科學研究院, 北京 100830

收稿日期：2017-02-08

基金項目：國家自然科學基金（41371406）

第一作者簡介：顧海燕(1982—), 女, 2016年6月畢業於武漢大學, 獲工學博士學位(指導教師:閆利教授), 研究方向為遙感影像高性能處理與智能解譯

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

GU Haiyan

遙感影像分類一直是國際遙感領域研究的熱點和難點問題，經歷了從人工目視分類到半自動分類，正在向自動化、智能化方向發展，長期以來一直存在著「重視技術、忽視知識、缺乏本體認識」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GEOBIA(geographic object-based image analysis)為例，從地理本體理論角度出發，提出了遙感影像分類地理本體框架，客觀描述地理實體概念本體，構建了遙感影像分類地理本體模型，實現地理本體驅動的影像對象分類方法，為遙感影像分類提供理論依據與模型方法，推動大數據、人工智慧環境下遙感影像分類的自動化、智能化發展。主要研究內容及結果如下：

(1) 提出了「地理實體概念本體描述—遙感影像分類地理本體建模—地理本體驅動的影像對象分類」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，實現對地理實體的統一認知與客觀描述，避免不同專家由於不同解譯經驗帶來的結果不一致問題；利用語義網路模型有機組織和顯式表達各種知識，以計算機可操作的形式化語言明確表達語義關係；聯合數據驅動的機器學習方法與知識驅動的專家規則，實現地理本體驅動的影像對象分類，為遙感影像分類提供標準、科學的框架，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性，推動其自動化發展及工程化應用。

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

(3) 建立了遙感影像分類地理本體模型。在構建地理實體概念與知識體系的基礎上，利用網路本體語言OWL(Web Ontology Language)構建遙感影像、影像對象、分類器的本體模型，具體給出了決策樹及專家規則兩種典型分類器的本體模型，利用protégé本體編輯軟體進行模型表達，形式化表達了整個語義網路模型，為分類提供了客觀模型。

(4) 提出了地理本體驅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建；② 圖論與分形網路演化相結合的遙感影像并行分割；③ 基於隨機森林的特徵自動優選；④ 基於語義網路模型的影像對象語義分類。通過研究并行分割、特徵優選、語義分類技術，能夠得到客觀反映地理實體的分類結果及語義信息，實現地理實體領域知識的共享與語義網路模型的復用，推動數據驅動方法向知識驅動方法轉變。

(5) 開展面向地理國情普查的地表覆蓋分類試驗。面向地表覆蓋分類中的耕地、林地、園地、草地、房屋建築(區)、道路、荒漠與裸露地表、水域8種類型，以雲南瑞麗市、陝西臨潼區為試驗區，以ZY-3、WorldView-2高解析度影像為數據源，以測繪科學研究院開發的地理國情要素提取與解譯系統FeatureStation_GeoEX、美國斯坦福大學開發的Protégé軟體為試驗平台，開展了地表覆蓋分類試驗，結果表明提出的框架、模型與方法具有客觀性、明確性、可擴展性、自適應性等特徵，能夠實現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域知識共享。

【引文格式】顧海燕。 遙感影像地理本體建模驅動的對象分類技術[J]. 測繪學報，2017，46(5)：667-667. DOI: 10.11947/j.AGCS.2017.20170054

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