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智能遥感:AI赋能遥感技术

随着人工智能的发展和落地应用,以地理空间大数据为基础,利用人工智能技术对遥感数据智能分析与解译成为未来发展趋势。本文以遥感数据转化过程中对观测对象的整体观测、分析解译与规律挖掘为主线,通过综合国内外文献和相关报道,梳理了该领域在遥感数据精准处理、遥感数据时空处理与分析、遥感目标要素分类识别、遥感数据关联挖掘以及遥感开源数据集和共享平台等方面的研究现状和进展。首先,针对遥感数据精准处理任务,从光学、SAR等遥感数据成像质量提升和低质图像重建两个方面对精细化处理研究进展进行了回顾,并从遥感图像的局部特征匹配和区域特征匹配两个方面对定量化提升研究进展进行了回顾。其次,针对遥感数据时空处理与分析任务,从遥感影像时间序列修复和多源遥感时空融合两个方面对其研究进展进行了回顾。再次,针对遥感目标要素分类识别任务,从典型地物要素提取和多要素并行提取两个方面对其研究进展进行了回顾。最后,针对遥感数据关联挖掘任务,从数据组织关联、专业知识图谱构建两个方面对其研究进展进行了回顾。

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Thermal Object Detection using Domain Adaptation through

最近发生的一起自动驾驶车辆致命事故引发了一场关于在自动驾驶传感器套件中使用红外技术以提高鲁棒目标检测可见性的辩论。与激光雷达、雷达和照相机相比,热成像具有探测红外光谱中物体发出的热差的优点。相比之下,激光雷达和相机捕捉在可见光谱,和不利的天气条件可以影响其准确性。热成像可以满足传统成像传感器对图像中目标检测的局限性。提出了一种用于热图像目标检测的区域自适应方法。我们探讨了领域适应的多种概念。首先,利用生成式对抗网络,通过风格一致性将低层特征从可见光谱域转移到红外光谱域。其次,通过转换训练好的可见光光谱模型,采用具有风格一致性的跨域模型进行红外光谱中的目标检测。提出的策略在公开可利用的热图像数据集(FLIR ADAS和KAIST多光谱)上进行评估。我们发现,通过域适应将源域的低层特征适应到目标域,平均平均精度提高了约10%。

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MODIS数据的简介和下载(一)——MODIS数据简介

借最近上课实习上机内容,来介绍MODIS数据相关方面内容。本部分主要包括了MODIS数据的简介和下载的问题。本篇是第一部分,MODIS的简介。主要分为三个部分:1.MODIS传感器简介及参数;2.MODIS产品及命名规则;3.MODIS的典型应用。 1.MODIS传感器简介及参数 首先来纠正件很容易被误解的事,MODIS是传感器而不是卫星,尽管我们平常称呼的时候更习惯叫MODIS数据(以传感器来称呼),Landsat数据(以卫星来称呼)。MODIS传感器的全称为中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer),主要搭载在Terra和Aqua星上。 Terrra的简介如下(摘自百度百科和遥感集市): EOS(Earth Observation System)卫星是美国地球观测系统计划中一系列卫星的简称。经过长达8年的制造和前期预研究准备工作,第一颗EOS的上午轨道卫星于1999年12月18日发射升空,发射成功的卫星命名为Terra(拉丁语“地球”的意思),主要目的是观测地球表面。它是一个用一系列低轨道卫星对地球进行连续综合观测的计划。它的主要目的是:实现从单系列极轨空间平台上对太阳辐射、大气、海洋和陆地进行综合观测,获取有关海洋、陆地、冰雪圈和太阳动力系统等信息;进行土地利用和土地覆盖研究、气候的季节和年际变化研究、自然灾害监测和分析研究、长期气候变率和变化以及大气臭氧变化研究等;进而实现对大气和地球环境变化的长期观测和研究的总体(战略)目标。EOS卫星轨道高度为距地球705公里,目前的第一颗上午轨道卫星(Terra)过境时间为地方时10:30am左右,一天最多可以获得4条过境轨道资料。 Terra卫星于1999年12月18日发射成功,Aqua卫星于2002年5月4日发射成功。Terra为上午星,从北向南于地方时10:30左右通过赤道,Aqua为下午星,从南向北于地方时13:30左右通过赤道。两颗星相互配合每1-2天可重复观测整个地球表面,得到36个波段的观测数据 EOS系列卫星上的最主要的仪器是中分辨率成像光谱仪(MODIS),其最大空间分辨率可达250米。 对应的MODIS传感器的简介如下(摘自百度百科和遥感集市): MODIS是当前世界上新一代“图谱合一”的光学遥感仪器,有36个离散光谱波段,光谱范围宽,从0.4微米(可见光)到14.4微米(热红外)全光谱覆盖。MODIS的多波段数据可以同时提供反映陆地表面状况、云边界、云特性、海洋水色、浮游植物、生物地理、化学、大气中水汽、气溶胶、地表温度、云顶温度、大气温度、臭氧和云顶高度等特征的信息。可用于对地表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测。中分辨率成像光谱仪(MODIS)最大空间分辨率可达250米,扫描宽度2330公里。MODIS是CZCS、AVHRR、HIRS和TM等仪器的继续。MODIS是被动式成像分光辐射计。共有490个探测器,分布在36个光谱波段,从0.4微米(可见光)到14.4微米(热红外)全光谱覆盖。 MODIS仪器的地面分辨率为250m、500m和1000m,扫描宽度为2330km。 在对地观测过程中,每秒可同时获得11兆比特的来自大气、海洋和陆地表面信息,日或每两日可获取一次全球观测数据。 MODIS参数(摘自百度百科和遥感集市) 空间分辨率——250 m (1-2波段);500 m (3-7波段);1000 m (8-36波段) 扫描宽度——2330km 时间分辨率——1天 光谱波段——36个离散光谱波段,光谱范围宽,从0.4微米(可见光)到14.4微米(热红外)全光谱覆盖 。 轨道——705KM,降轨上午10:30过境,升轨下午1:30过境;太阳同步;近极地圆轨道 设计寿命——5年 2.MODIS产品及命名规则 按处理级别划分,可以分为以下5种: 0级产品:也称原始数据; 1级产品:指L1A数据,已经被赋予定标参数; 2级产品:经过定标定位后数据,本系统产品是国际标准 的EOS-HDF格式。包含所有波段数据,是应用比较广泛的一类数据。; 3级产品:在1B数据的基础上,对由遥感器成像过程产生的边缘畸变(Bowtie效应)进行校正,产生L3级产品; 4级产品:由参数文件提供的参数,对图像进行几何纠正,辐射校正,使图像的每一点都有精确的地理编码、反射率和辐射率。L4级产品的MODIS图像进行不同时相的匹配时,误差小于1个像元。该级产品是应用级产品不可缺少的基础; 5级及以上产品:根据各种应用模型开发L5级产品。

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Nat. Biotechnol. | 用机器学习预测多肽质谱库

本文介绍Max-Planck生物化学研究所计算系统生物化学研究组的Jürgen Cox近期发表在Nature Biotechnology的综述Prediction of peptide mass spectral libraries with machine learning。最近开发的机器学习方法用于识别复杂的质谱数据中的肽,是蛋白质组学的一个重大突破。长期以来的多肽识别方法,如搜索引擎和实验质谱库,正在被深度学习模型所取代,这些模型可以根据多肽的氨基酸序列来预测其碎片质谱。这些新方法,包括递归神经网络和卷积神经网络,使用预测的计算谱库而不是实验谱库,在分析蛋白质组学数据时达到更高的灵敏度或特异性。机器学习正在激发涉及大型搜索空间的应用,如免疫肽组学和蛋白质基因组学。该领域目前的挑战包括预测具有翻译后修饰的多肽和交联的多肽对的质谱。将基于机器学习的质谱预测渗透到搜索引擎中,以及针对不同肽类和测量条件的以质谱为中心的数据独立采集工作流程,将在未来几年继续推动蛋白质组学应用的灵敏度和动态范围。

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速递:利用卷积神经网络对温带草原冠层氮浓度进行实地光谱分析

摘要:氮(N)是植物自养的重要特征,是影响陆地生态系统植物生长的主要养分,因此不仅具有根本的科学意义,而且还是作物生产力的关键因素。对冠层氮浓度(N%)进行及时的非破坏性监测需要快速且高度准确的估算,通常使用400-2500 nm光谱区域中的光谱分析法对其进行量化。然而,由于冠层结构混杂,从冠层光谱中提取一组有用的光谱吸收特征来确定N%仍然具有挑战性。深度学习是一种统计学习技术,可用于从冠层光谱中提取生化信息。我们评估了一维卷积神经网络(1D-CNN)的性能,并将其与两种最新技术进行了比较:偏最小二乘回归(PLSR)和高斯过程回归(GPR)。我们利用8年(2009年至2016年)整个新西兰的奶牛场和丘陵农场的大型,多样化的田间多季节(秋季,冬季,春季和夏季)光谱数据库(n = 7014)来开发特定季节和特定于频谱区域(VNIR和/或SWIR)的1D-CNN模型。独立验证数据集(未用于训练模型)的结果表明,一维CNN模型提供的准确度(R2 = 0.72; nRMSE%= 14)比PLSR(R2 = 0.54; nRMSE%= 19)和GPR(具有R2 = 0.62;nRMSE%= 16)。基于1D-CNN的特定季节模型显示出明显的差异(测试数据集为14≤nRMSE≤19),而测试数据集的所有季节组合模型的性能仍然更高(nRMSE%= 14)。全光谱范围模型显示出比特定光谱区域模型(仅VNIR和SWIR)更高的准确性(15.8≤nRMSE≤18.5)。此外,与PLSR(0.31)和GPR(0.16)相比,使用1D-CNN得出的预测更精确(不确定性更低),平均标准偏差(不确定区间)<0.12。这项研究证明了1D-CNN替代传统技术从冠层高光谱光谱中确定N%的潜力。

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Analytical Chemistry | 深度学习实现高分辨率LC-MS数据中的精确峰检测

液相色谱与质谱联用(LC-MS)是代谢组学中最受欢迎的分析平台之一。尽管基于LC-MS的代谢组学应用程序种类繁多以及分析硬件的发展,但是LC-MS数据的处理仍然遇到一些问题。最关键的瓶颈之一是原始数据处理,LC-MS原始数据通常由成千上万的原始MS质谱图组成;每个光谱都有其自己的序列号,并且该数目随保留时间(RT)的增加而增加。这些数据通常包含数千个信号,使得手动数据处理几乎变得不可能。当前用于自动LC-MS数据处理的流程通常包括以下步骤:(1)检测感兴趣区域(ROI);(2)检测色谱峰,然后对其进行积分;(3)所有样品的峰匹配(分组);(4)通过注释相应的加合物和碎片离子将属于同一代谢物的峰聚类为一组。

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遥感学习武林秘籍分享

本期分享的内容,为一本厚度为235页的学习资料。内容包括高光谱遥感、高分辨率影像处理、计算智能及其在遥感影像处理中的应用、影像处理工程、遥感应用和模式分析与机器学习等。很适合遥感领域的学生学者去学习和加深对遥感领域的理解,资料供分为18章节,每一章都值得研究和学习,章节内容包括研究概述、研究意义、应用、已取得的成、发展前景和入门资料的推荐等。该学习资料本人强烈推荐学习,希望能够本次料能够开阔你的事业并激发你的学习兴趣。(资料为张良培团队(张良培、钟燕飞、沈焕锋、黄昕、罗斌、夏桂松、杜博、张洪艳、袁强强和张乐飞等)在其主页上公布的主要研究方向介绍。)

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NASA数据集:多视角观测改进对沿海和内陆水域的遥感观测

高质量的现场测量是卫星数据产品验证、算法开发和许多气候相关调查的先决条件。因此,NASA 海洋生物处理小组(OBPG)维护着一个本地海洋和大气原位数据存储库,以支持其定期科学分析。SeaWiFS 项目最初开发了这一系统 SeaBASS,用于对辐射测量和浮游植物色素数据进行编目,以开展校准和验证活动。为了便于收集全球数据集,根据 NASA 研究公告 NRA-96 和 NRA-99,利用 SIMBIOS 计划参与者收集的海洋和大气数据对 SeaBASS 进行了扩充,这在最大限度地减少空间偏差和最大限度地提高数据采集率方面提供了很大帮助。存档数据包括表观和固有光学特性、浮游植物色素浓度的测量值,以及其他相关海洋和大气数据,如水温、盐度、受激荧光和气溶胶光学厚度。数据的收集使用了许多不同的成套仪器,如剖面仪、浮标和手持式仪器,并在包括船舶和系泊设备在内的各种平台上进行制造。

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