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孟瑜团队丨知识与数据驱动的遥感图像智能解译进展与展望

遥感学报  · 公众号  ·  · 2025-03-14 07:00

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遥感学报NRSB



知识与数据是遥感图像解译发展的两大核心要素。随着传感器平台的不断丰富和深度学习、大数据等技术的快速突破,数据驱动的智能解译成为近年来的研究热点。然而,数据驱动方法在迁移复用、样本依赖和可解释性等方面存在局限。长期解译实践中积累的知识具有客观实在性、确定性、场景适应性等特点,能够与数据驱动方法互为补充。


中国科学院空天信息创新研究院 孟瑜编委 课题组发表的论文“知识与数据驱动的遥感图像智能解译:进展与展望”系统回顾了遥感图像解译的发展阶段,总结了十四类主要知识类型,梳理了五大类知识与深度学习的融合方法,并通过典型案例分析了知识与数据联合驱动的效益增量,有助于推动知识与数据深度融合的体系化遥感图像解译研究与应用。



引用格式

孟瑜,陈静波,张正,刘志强,赵智韬,霍连志,史科理,刘帝佑,邓毓弸,唐娉.2024.知识与数据驱动的遥感图像智能解译:进展与展望.遥感学报,28(11):2698-2718

Meng Y, Chen J B, Zhang Z, Liu Z Q, Zhao Z T, Huo L Z, Shi K L, Liu D Y, Deng Y P and Tang P. 2024. Knowledge and data driven remote sensing image interpretation:Recent developments and prospects. National Remote Sensing Bulletin, 28(11):2698-2718


1

研究背景

遥感图像解译方法的发展经历了四个主要阶段:专家知识目视解译、小数据与统计分析、大数据与深度学习、知识与数据双驱动。数据驱动方法虽然取得了显著进展,但其局限性也逐渐显现,如模型迁移能力弱、样本依赖度高、可解释性差等。知识的引入能够有效弥补这些不足,提升解译精度、增强模型的可迁移性、减少对训练样本的依赖,并使解译结果更贴合业务规范。


图1 遥感图像解译方法发展四个主要阶段中的知识与数据

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遥感图像解译中的知识类型

遥感图像解译涉及的知识类型广泛,涵盖概念定义、光谱特征、空间几何特征、时序物候特征、雷达回波特征、地形地貌特征、气象水文特征、遥感指数特征、地理位置分区、社会地理信息、行业准则规范、历史数据产品、现有解译模型以及知识关联图谱等十四类。这些知识类型为遥感解译提供了多维度的支持,能够有效提升解译的精度和效率。


表1 遥感图像解译涉及的主要知识类型划分

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知识与深度学习的融合方法

论文梳理了五大类知识与深度神经网络的融合方法,包括数据级融合、特征级融合、网络级融合、学习级融合和决策级融合。这些方法旨在不影响网络自身抽象与泛化能力的基础上,将知识自然融入解译过程,提升了模型的解译能力和可解释性。


(1)数据级融合(Data Level Incorporation)是指利用知识生成、标记、或加工训练数据,将知识内化在训练数据中,使用这样的数据训练出的解译模型一般会倾向于得到知识所属意的结果。

(2)特征级融合(Feature Level Incorporation)是指将知识通过特征的形式加入到解译模型中,与原有的数据特征进行联合共同作为解译结果判别的依据。

(3)网络级融合(Network Level Incorporation)是指将知识反映在深度神经网络等模型的结构中,利用知识引导或启发网络结构的设计,从而较为直接的贯彻知识的内涵与意图。

(4)学习级融合(Learning Level Incorporation)是指通过各种机器学习模式将知识学习到所用的解译模型当中,实现知识的迁移、泛化、或强化,提升智能解译模型能力。

(5)决策级融合(Decision Level Incorporation)是指在最终的决策环节引入知识,利用已知的业务规范、行业惯例、判别规则等对结果进行判定、筛选过滤或二次加工处理。

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结  论

深度学习是当前智能解译的主要方法,知识与深度神经网络的融合是最具现实性的技术路径。未来需要实现知识的体系化工程建设与价值共享,推动遥感解译从专家应用向大众服务转变,促进遥感智能解译理论方法的高频迭代与应用创新。


作者简介


第一作者: 孟瑜 ,中国科学院空天信息创新研究院研究员,主要 研究方向为遥感图像智能解译、跨域数据时空智能分析。

E-mail: [email protected]


通信作者: 张正 中国科学院空天信息创新研究院副研究员,主要 研究方向为遥感图像智能处理、遥感大数据分析。

E-mail:[email protected]

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Zhiqiang Liu, Zheng Zhang*, Yu Meng, Ping Tang. 2024. Global heterogeneous graph convolutional network: from coarse to refined land cover and land use segmentation. International Journal of Digital Earth, 17(1): 2353110


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