基于形式概念分析的土壤侵蝕遙感圖像分類研究.pdf

1、土壤侵蝕已成為全球性的環(huán)境問題,嚴重威脅著人類的生存與發(fā)展,遙感技術(shù)作為能夠宏觀記錄土壤侵蝕退化標志如地表裸露程度、地形地貌、植被覆蓋度和土地利用方式的改變等信息而成為土壤侵蝕調(diào)查與監(jiān)測的重要技術(shù)手段。本文針對土壤侵蝕調(diào)查中遙感應(yīng)用現(xiàn)狀提出了如何利用計算機技術(shù)將人類的土壤侵蝕認知經(jīng)驗知識化以及發(fā)現(xiàn)遙感影像中潛在的土地利用分類規(guī)則與土壤侵蝕強度分級模式,為實現(xiàn)高度智能化的人機交互式解譯方法提供更豐富專家知識的研究問題。針對該研究問題,在對

2、現(xiàn)行遙感圖像挖掘理論與方法詳細分析、比較的基礎(chǔ)上,本文嘗試在土壤侵蝕遙感調(diào)查領(lǐng)域中引入形式概念分析理論這一新型數(shù)據(jù)挖掘理論,為區(qū)域土壤侵蝕遙感解譯提供一種新的研究思路與方法?；谝陨系难芯繂栴}與研究思路,本文依托“湖北省水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與信息系統(tǒng)建設(shè)工程”項目開展了具體的研究工作,取得了一些有實際應(yīng)用價值的研究成果。
　　論文首先詳細分析了傳統(tǒng)遙感影像分類技術(shù),給出了引入形式概念分析理論作為本文研究方法的理由;全面介紹了形式概念分

3、析理論相關(guān)概念及其基礎(chǔ)概念格理論,并在對概念格的經(jīng)典構(gòu)造算法進行總結(jié)分析的基礎(chǔ)上,基于其不完全覆蓋理論實現(xiàn)了最佳不完全覆蓋的概念格構(gòu)造算法以及在概念格結(jié)構(gòu)中提取分類規(guī)則的算法;為了保證分類規(guī)則的簡潔性與無冗余性,基于族集最小覆蓋理論實現(xiàn)了概念格的內(nèi)涵縮減從而達到分類規(guī)則的屬性約簡;為了驗證基于形式概念分析理論挖掘知識的有效性以及基于該規(guī)則集合的分類應(yīng)用,本研究實現(xiàn)了啟發(fā)式分類器的構(gòu)建,并在分析支持度閾值和置信度閾值大小對分類器精度影響的

4、實驗基礎(chǔ)上,得出了當支持度閾值為1-3％、置信度閾值為0.4-0.6時,所構(gòu)造的分類器的準確率最高的實驗結(jié)論,這些理論與實驗為土壤侵蝕遙感圖像挖掘研究提供了理論指導(dǎo)。
　　其次,論文分析了研究區(qū)的土壤侵蝕現(xiàn)狀、數(shù)據(jù)資料收集現(xiàn)狀以及遙感影像特點,以ENVI4.2作為開發(fā)平臺,以IDL作為開發(fā)語言,實現(xiàn)了以已解譯的土地利用類型圖層中小斑為單位的遙感影像Landsat ETM+1-5,7波段的光譜特征、6個波段間兩兩組合得到的15個波段

5、相關(guān)性特征、基于灰度共生矩陣的8個紋理特征(均值、方差、逆方差、對比度、非相似性、熵、角二階矩,相關(guān)性)的提取以及坡度、高程、土地利用類型、土壤侵蝕強度等四個基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)層的處理,并以此構(gòu)建多源空間數(shù)據(jù)庫,為形式概念分析理論的挖掘工作奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　再次,論文以構(gòu)建的多源空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),開展了形式概念分析理論在土壤侵蝕遙感調(diào)查解譯中的具體挖掘工作。首先以地物分類為目標,通過對樣本數(shù)據(jù)的選擇以及各地物的光譜特征、波段相關(guān)性特

6、征-、紋理特性、坡度高程特征的分析,實現(xiàn)了形式概念分析理論在土地利用類型分類規(guī)則挖掘中的應(yīng)用,并對以挖掘出的分類規(guī)則為基礎(chǔ)構(gòu)建的分類器進行驗證與精度評價,實驗結(jié)果表明挖掘出的規(guī)則與知識與特征分析相吻合,而且以此構(gòu)建的分類器較之與決策樹算法C4.5和監(jiān)督分類法在分類精度上表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢;其次以侵蝕強度等級分級為目標,在對各土地利用類型的樣本數(shù)據(jù)進一步分析的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)了形式概念分析理論在各土地利用類型的侵蝕強度分級模式挖掘中的應(yīng)用,在對