1.一种面向农作物分类的时间序列特征重建及动态识别方法,包括以下步骤:步骤1:初始样本数据集构建;
假设研究区域已经采集了R景影像X(R),根据采集日期D进行排序得到:X(R)=
D(R)=
从遥感影像X(R)中获取的时序特征x(R)可以表示为:
x(R)=
作物类型根据通过NDVI随时间的变化来区分;
待分类的n种作物K(n)可以表示为:
K(n)=
通过实地数据采集或者图像解译获得带有标签的样本集S表示为:
1 2 m T
S={s ,s ,...,s} (5)
i
其中,m为获得的样本个数,T为转置符号;样本集中的元素s∈S标记了作物类型,对应标签集表示为L;为了表示时间序列中可用的特征维数R,样本数据集和标签集分别表示为SR和LR;同时存在一个独立的验证数据集S′R,对应标签集表示为L′R;
由于云和云阴影的影响,样本集在部分维度上是缺失的;
步骤2:缺失数据区域预测填充;
利用基于LSTM网络构建的回归器模型对初始数据集SR和验证数据集S′R的缺失数据区域进行填充;
假设r(1<r≤R)表示待填充的特征维度,前r‑1维特征的缺失区域已填充完毕,可以使用合适的方法进行填充;
将初始数据集在第r维特征上无数据缺失的部分表示为vr,对应的前r‑1维部分数据表示为Vr‑1;将初始数据集在第r维特征上数据缺失的部分表示为ur,对应的前r‑1维部分数据表示为Ur‑1;类似地,验证数据集的相应部分分别用v′r,V′r‑1,u′r,U′r‑1表示;
基于LSTM网络构建第r维特征的回归器模型Mreg(r);为了表示迭代的过程,将其表示为上标0表示迭代次数;该模型训练时的输入为Vr‑1,输出为vr;
将Ur‑1输入 得到预测结果ur,将ur填充进数据集的对应位置得到前r维特征无缺失数据集Sr(P),以及填充ur后得到原先在第r维特征上数据缺失的前r维部分数据Ur;用同样的方式得到验证数据集的前r维特征无缺失数据集S′r(P);
步骤3:缺失数据区域取值范围取值填充;
首先,利用Vr作为输入,Lr作为输出,训练分类器模型 将步骤2中得到的Ur输入中进行分类,对比分类结果与对应的实际标签;将数据集Ur中的每一个样本的标签分别与该样本在前r‑1维和前r维特征的分类结果进行对比,会产生以下4种情况:(1)“T‑T”情况:在前r‑1维和前r维特征上均分类正确(T),说明实际特征与预测填充特征均能正确分类;(2)“F‑T”情况:前r‑1维特征分类错误(F),但新增第r维特征后能正确分类(T),说明新的特征能够提供有价值的附加信息使分类结果正确;(3)“T‑F”情况:前r‑1维特征分类正确(T),但新增第r维特征后分类错误(F),说明新增特征中的附加信息错误的引导了模型的分类,需要对样本进行调整以达到正确的分类;(4)“F‑F”情况:在前r‑1维和前r维特征上均分类错误(F),说明现有的特征无法提供有价值的附加信息使模型能够正确的分类;
得到分类结果为第3种“T‑F”情况的样本集Qr;前r‑1维特征已经能够正确分类,但是新加入特征反而不能正确分类,主要是由于新加的特征加入了误导性信息,使得分类结果出现错误;因而,在设定的取值范围进行取值,并填充缺失值,具体方法如下:利用vr计算作物类型ki∈K在第r维特征上非缺失数据集的均值 和标准差 得到作物ki在第r维特征上数据集的合理取值范围F(ki):其中,λ表示第r维特征中作物ki数据的λ倍标准差;
之后,对Qr中的每一个样本q,从其对应标签ki的取值范围F(ki)中先以最小值填充q的第r维特征,之后每次以设定的步长取值填充;每填充一个数值就利用 对样本q进行分类,记录使用新的分类结果为“T‑T”的分类概率及对应填充值,直到取值超出F(ki)的范围,最终获得样本q填充后分类结果为“T‑T”情况的分类概率的集合{qp(z)},z为分类概率对应的填充值;取集合中的最大分类概率对应的填充值作为样本q在第r维上的最优填充值Zm:Zm=argmax{qp(z)} (7)
在时间序列分类过程中,通过Softmax函数可以获得各个类别的概率,将各个类别最大的值作为估计结果;
Qr中所有样本采用取值范围取值填充方式填充了最优值后,得到一个新的无缺失数据集Sr(Q);
步骤4:回归器与分类器迭代;
利用步骤3得到的Sr(Q)训练回归器,得到迭代了1次的回归器模型 再利用预测验证数据集的第r维缺失部分u′r,得到前r维特征无缺失的验证数据集S′r;
将Sr(Q)作为输入,Lr作为输出,训练分类器,得到迭代了1次的分类器模型 将S′r输入 中进行分类,得到分类结果;
采用上述方法填充数据集样本中的缺失区域,可以提高相同类型作物样本的相似性,使回归器预测结果与实际类型数值逐渐接近,实现分类精度的提高;
步骤5:动态分类;
重复步骤2至步骤4,进行第r+1维特征回归器与分类器的构建,直到完成对所有R维特征的回归器与分类器的建立;实现数据缺失部分的重建和农作物分类,完成农作物的动态识别。
2.如权利要求1所述的一种面向农作物分类的时间序列特征重建及动态识别方法,其特征在于:λ取值为1或2。
3.如权利要求1所述的一种面向农作物分类的时间序列特征重建及动态识别方法,其特征在于:对Qr中的每一个样本q,每次填充的设定的步长取值是0.01。