（來源：智慧農業期刊）
引用格式：
張俊, 陳雨艷, 秦震宇, 張夢瑤, 張軍. 改進DeepLab v3+模型下的梯田遙感提取研究[J]. 智慧農業(中英文), 2024, 6(3): 46-57.
DOI：10.12133/j.smartag.SA202312028
Citation: ZHANG Jun, CHEN Yuyan, QIN Zhenyu, ZHANG Mengyao, ZHANG Jun. Remote Sensing Extraction Method of Terraced Fields Based on Improved DeepLab v3+[J]. Smart Agriculture, 2024, 6(3): 46-57.
DOI：10.12133/j.smartag.SA202312028
改進DeepLab v3+模型下的梯田遙感提取研究
張俊1， 陳雨艷1， 秦震宇2， 張夢瑤1， 張軍1*
（1.云南大學 地球科學學院，云南昆明 650500，中國；2.云南大學 國際河流與生態安全研究院，云南昆明 650500，中國）
摘要：?
［目的與意義］?梯田作為農業生產的關鍵要素之一，其面積估算對于農業政策制定、土地規劃和資源管理至關重要。為解決復雜的地形條件、種植環境導致傳統遙感數據和監測方法難以開展梯田自動化提取問題，探索一種利用深度學習技術在高分辨率遙感影像中精準提取梯田面積的方法。
［方法］以休耕期梯田高分六號影像構建語義分割數據集，同時提出一種改進的DeepLab v3+模型。該模型使用輕量級網絡MobileNet v2作為骨干網絡，為了同時兼顧局部細節和全局語境，使用多尺度特征融合（Multi-scale Feature Fusion module, MSFF）模塊代替空洞空間金字塔池化（Atrous Spatial Pyramid Pooling, ASPP）模塊，利用擴張率依次增大的空洞卷積級聯模式改善信息丟失的問題。此外，對淺層特征和深層特征使用坐標注意力機制以加強網絡對于目標的學習。
［結果與討論］?利用紅、綠和近紅外波段組合方式在梯田提取的精度和效果上表現最佳。相比于原始DeepLab v3+網絡，精確率、召回率、F1評分和交并比指標分別提升4.62%、2.61%、3.81%和2.81%。此外，與UNet和原始DeepLab v3+相比，改進的DeepLab v3+在參數量上和浮點運算數有著更為優越的性能，其參數量僅為UNet的28.6%和原始DeepLab v3+的19.5%，同時浮點運算數僅為UNet和DeepLab v3+的1/5。這不僅提高了計算效率，也使得改進后的模型更適用于資源有限或計算能力較低的環境中。
［結論］深度學習在高分辨率遙感影像梯田識別中具有較高的精度，有利于為梯田精細化監測和管理提供參考依據。
關鍵詞：?梯田提取；遙感；卷積神經網絡；高分六號衛星；DeepLab v3+
圖1 元陽縣位置及樣本分布Fig.1 ?Location and sample distribution in Yuanyang county
圖2 梯田識別數據集構建流程Fig. 2 ?The process of constructing the terrace identification dataset
圖3 改進后的DeepLab V3+結構圖Fig. 3 ?Structure of improved DeepLab V3+
圖4 不同波段組合下測試區域梯田提取結果Fig. 4 ?Extraction results of terraced fields in test areas under different band combinations
圖5 元陽縣梯田和典型區域識別結果Fig. 5 ?Results of identification of terraces and typical areas in Yuanyang county
圖6 元陽縣梯田在不同坡度的空間分布Fig. 6 ?The spatial distribution of terraced fields in Yuanyang county across different slopes
圖7 元陽縣梯田在不同高程的空間分布Fig. 7 ?The spatial distribution of terraced fields in Yuanyang county across different elevations
圖8 不同算法提取結果的局部細節對比Fig. 8 ?Comparison of local details in extraction results obtained using different algorithms
作
者
簡
介
張軍?副研究員
張軍，博士，副研究員，現為云南大學地球科學學院碩士生導師，中國遙感應用協會理事。主要從事遙感信息提取、境外罌粟替代種植遙感監測等方向的教學與科研工作。在《IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and?Remote Sensing》《農業工程學報》《林業科學》《測繪科學》等期刊發表論文20余篇，作為主要完成人獲得高分專項衛星應用優秀成果獎三等獎、完成的境外罌粟替代項目為學習強國所登載。
來源：《智慧農業（中英文）》2024年第3期