基于深度学习的冰川提取方法研究
发布时间：2021-06-07 18:31
作为世界上重要的淡水资源,冰川对于地球环境的研究,特别是全球气候变化的研究有着至关重要的作用。首先,冰川对于全球气候的变化十分敏感,冰川面积的变化受到由于气候改变促使的地表质量平衡变化的影响。其次,在过去的一个世纪中,冰川消融是全球海平面上升的主要原因。此外,冰川与人类生产生活有着密切的联系,对于蓄水以及调节径流有着十分重要的作用。卫星监测技术尤其是多光谱卫星为地面目标的监测提供了丰富的光谱信息,对于冰川监测方面具有巨大的优势。其中欧空局发射的Sentinel-2卫星具有高空间分辨率、较短重访周期以及免费的用户访问等特点,受到国内外学者的关注。为了研究Sentinel-2影像对于冰川监测的潜力,本文进行了以下研究:（1）针对Sentinel-2影像具有丰富波谱信息以及地物之间具有空间相关性的特点,本文提出了一种空间光谱模块,能够通过抑制或者突出影像中的空间和光谱信息,来建立波段或者空间的相关性,使得更有效的利用Sentinel-2影像的信息对冰川进行提取并减小环境的影响。（2）为了能够实现更快更准确的实现冰川提取,本文针对UNet神经网络结构做出调整优化,讨论空间光谱模块在UNet神经...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究区示意图
中国地质大学（北京）工程硕士学位论文192011），所以，对于念青唐古拉山冰川的监测能够在一定程度上反映出该地区乃至全球气候的变化情况，具有重要的意义。由于该地区深处青藏高原腹地，受到大陆气候和印度洋季风的复杂影响明显（Kang,2009）。在夏季，主要受到印度洋季风的影响较为明显，青藏高原低气压导致暖气团由印度洋向青藏高原腹地移动，这为青藏高带来了丰富的降水，但是季风的影响由东向西逐渐减弱；在冬季，青藏高原上空的大气环流主要由西风带控制，导致气候寒冷、干燥且多风（Rees和Collins,2006；Liu,2008）。念青唐古拉山地区的年降水分布并不均匀，大约90%的降水量集中在6月至9月的暖季，而12月至次年的2月份降水较少，占全年该区降水的2%左右（Caidong,2010）。通过来自那曲气象站的气候观测数据可以看出，夏季的温度较高降水较多；但是该地区冬季温度通常保持在零下6°C以下，降水较少这意味着影像在10月份到次年4月受到的云层影响较小，本文因此选取的数据基本在这个时间段。此外，这里的温度正在变暖，尤其是在冬季和春季，海拔高于低海拔地区的温度更是如此（You,2010）。图3-2那曲气象站1981到2010年月降水量变化3.2数据与预处理3.2.1Sentinel-2多光谱影像卫星遥感技术在自然资源监测，尤其是冰川监测方面具有巨大的优势。多光谱遥感影像由于能够提供地面目标地物在波长范围内光谱反射率，因此，对于区
中国地质大学（北京）工程硕士学位论文21Sentinel-2影像波段中心波长（）分辨率（米）Band12-SWIR2.19020其次，Sentinel-2遥感卫星具有更短的重访周期。相比于Landsat8卫星的重访周期只有16天，Sentinel-2A的重访周期为10天，而Sentinel-2B卫星发射后同一相对轨道的重访周期为5天。并且，重访周期的实际时间取决于欧空局项目的实际计划，对于高纬度地区，来自邻近轨道会重叠，潜在的回访周期也将会少于5或者10天。更短的重访周期意味着可以利用的数据会大大增多，这对于研究冰川等受到气候环境影响较大的地区，更有利于获取无云的影像，进而有利于冰川信息的提取（FrankPaul,2016）。Sentinel-2遥感卫星在全球范围内的重访周期如图3-3所示。图3-3Sentinel-2卫星在全球范围内的重访周期（PascalLacroix，2018）此外，相对于Landsat-8影像的幅宽只有185km，Sentinel-2多光谱影像幅宽达290km。更大的幅宽意味着一副影像能够获取的地物范围更大且对于数据的拼接处理更少。间接减少了数据预处理的时间（Gascon,2014）。因此，本文使用Sentinel-2影像数据作为冰川的监测的遥感影像。这些影像都是来自于欧空局官网进行下载，数据级别为Level-1C。本文获取的Sentinel-2多光谱遥感影像信息如下表3-2所示。表3-2本文所采用的Sentinel-2多光谱影像信息影像影像ID
【参考文献】：
期刊论文
[1]西昆仑山崇测冰川区多源遥感影像的冰川信息提取方法研究[J]. 韩惠,杨晓辉,赵井东. 冰川冻土. 2018(05)
[2]卷积神经网络中ReLU激活函数优化设计[J]. 王双印,滕国文. 信息通信. 2018(01)
[3]基于改进sigmoid激活函数的深度神经网络训练算法研究[J]. 黄毅,段修生,孙世宇,郎巍. 计算机测量与控制. 2017(02)
[4]SAR监测冰川变化研究进展[J]. 黄磊,李震,周建民,田帮森. 地球科学进展. 2014(09)
[5]近50年气候变化背景下中国冰川面积状况分析[J]. 张明军,王圣杰,李忠勤,王飞腾. 地理学报. 2011(09)
[6]19802007年喜马拉雅东段洛扎地区冰川变化遥感监测[J]. 李治国,姚檀栋,叶庆华,田立德,李潮流. 地理研究. 2011(05)
[7]近30a青藏高原气候与冰川变化中的两种特殊现象[J]. 施雅风,刘时银,上官冬辉,李栋梁,叶柏生,沈永平. 气候变化研究进展. 2006(04)
[8]玉龙喀什河源区32年来冰川变化遥感监测[J]. 上官冬辉,刘时银,丁永建,丁良福,李刚. 地理学报. 2004(06)
[9]中国冰川分布的地理特征[J]. 王宗太,刘潮海. 冰川冻土. 2001(03)
[10]中国冰川资源及其分布特征——中国冰川目录编制完成[J]. 刘潮海,施雅风,王宗太,谢自楚. 冰川冻土. 2000(02)
本文编号：3217081
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究区示意图
中国地质大学（北京）工程硕士学位论文192011），所以，对于念青唐古拉山冰川的监测能够在一定程度上反映出该地区乃至全球气候的变化情况，具有重要的意义。由于该地区深处青藏高原腹地，受到大陆气候和印度洋季风的复杂影响明显（Kang,2009）。在夏季，主要受到印度洋季风的影响较为明显，青藏高原低气压导致暖气团由印度洋向青藏高原腹地移动，这为青藏高带来了丰富的降水，但是季风的影响由东向西逐渐减弱；在冬季，青藏高原上空的大气环流主要由西风带控制，导致气候寒冷、干燥且多风（Rees和Collins,2006；Liu,2008）。念青唐古拉山地区的年降水分布并不均匀，大约90%的降水量集中在6月至9月的暖季，而12月至次年的2月份降水较少，占全年该区降水的2%左右（Caidong,2010）。通过来自那曲气象站的气候观测数据可以看出，夏季的温度较高降水较多；但是该地区冬季温度通常保持在零下6°C以下，降水较少这意味着影像在10月份到次年4月受到的云层影响较小，本文因此选取的数据基本在这个时间段。此外，这里的温度正在变暖，尤其是在冬季和春季，海拔高于低海拔地区的温度更是如此（You,2010）。图3-2那曲气象站1981到2010年月降水量变化3.2数据与预处理3.2.1Sentinel-2多光谱影像卫星遥感技术在自然资源监测，尤其是冰川监测方面具有巨大的优势。多光谱遥感影像由于能够提供地面目标地物在波长范围内光谱反射率，因此，对于区
中国地质大学（北京）工程硕士学位论文21Sentinel-2影像波段中心波长（）分辨率（米）Band12-SWIR2.19020其次，Sentinel-2遥感卫星具有更短的重访周期。相比于Landsat8卫星的重访周期只有16天，Sentinel-2A的重访周期为10天，而Sentinel-2B卫星发射后同一相对轨道的重访周期为5天。并且，重访周期的实际时间取决于欧空局项目的实际计划，对于高纬度地区，来自邻近轨道会重叠，潜在的回访周期也将会少于5或者10天。更短的重访周期意味着可以利用的数据会大大增多，这对于研究冰川等受到气候环境影响较大的地区，更有利于获取无云的影像，进而有利于冰川信息的提取（FrankPaul,2016）。Sentinel-2遥感卫星在全球范围内的重访周期如图3-3所示。图3-3Sentinel-2卫星在全球范围内的重访周期（PascalLacroix，2018）此外，相对于Landsat-8影像的幅宽只有185km，Sentinel-2多光谱影像幅宽达290km。更大的幅宽意味着一副影像能够获取的地物范围更大且对于数据的拼接处理更少。间接减少了数据预处理的时间（Gascon,2014）。因此，本文使用Sentinel-2影像数据作为冰川的监测的遥感影像。这些影像都是来自于欧空局官网进行下载，数据级别为Level-1C。本文获取的Sentinel-2多光谱遥感影像信息如下表3-2所示。表3-2本文所采用的Sentinel-2多光谱影像信息影像影像ID
【参考文献】：
期刊论文
[1]西昆仑山崇测冰川区多源遥感影像的冰川信息提取方法研究[J]. 韩惠,杨晓辉,赵井东. 冰川冻土. 2018(05)
[2]卷积神经网络中ReLU激活函数优化设计[J]. 王双印,滕国文. 信息通信. 2018(01)
[3]基于改进sigmoid激活函数的深度神经网络训练算法研究[J]. 黄毅,段修生,孙世宇,郎巍. 计算机测量与控制. 2017(02)
[4]SAR监测冰川变化研究进展[J]. 黄磊,李震,周建民,田帮森. 地球科学进展. 2014(09)
[5]近50年气候变化背景下中国冰川面积状况分析[J]. 张明军,王圣杰,李忠勤,王飞腾. 地理学报. 2011(09)
[6]19802007年喜马拉雅东段洛扎地区冰川变化遥感监测[J]. 李治国,姚檀栋,叶庆华,田立德,李潮流. 地理研究. 2011(05)
[7]近30a青藏高原气候与冰川变化中的两种特殊现象[J]. 施雅风,刘时银,上官冬辉,李栋梁,叶柏生,沈永平. 气候变化研究进展. 2006(04)
[8]玉龙喀什河源区32年来冰川变化遥感监测[J]. 上官冬辉,刘时银,丁永建,丁良福,李刚. 地理学报. 2004(06)
[9]中国冰川分布的地理特征[J]. 王宗太,刘潮海. 冰川冻土. 2001(03)
[10]中国冰川资源及其分布特征——中国冰川目录编制完成[J]. 刘潮海,施雅风,王宗太,谢自楚. 冰川冻土. 2000(02)
本文编号：3217081
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