DB3710T 173-2022 養(yǎng)殖海筏衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范　

ICS07.060A45DB3710威海市市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布IDB3710/T173—2022前言 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語(yǔ)和定義 14數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 24.1衛(wèi)星影像數(shù)據(jù) 24.2基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù) 25數(shù)據(jù)預(yù)處理 25.1坐標(biāo)基準(zhǔn) 25.2深度基準(zhǔn) 25.3幾何定位精度 25.4影像配準(zhǔn)精度 25.5衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)處理 26監(jiān)測(cè)流程 27監(jiān)測(cè)方法 37.1樣方布設(shè) 47.2外業(yè)數(shù)據(jù)采集 47.3建立樣本庫(kù) 47.4提取模型 47.5精度評(píng)價(jià) 47.6數(shù)據(jù)提取 47.7結(jié)果修訂 47.8面積統(tǒng)計(jì) 48監(jiān)測(cè)成果 58.1矢量數(shù)據(jù) 58.2監(jiān)測(cè)報(bào)告 58.3專題圖 58.4統(tǒng)計(jì)表 5附錄A（規(guī)范性）矢量數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)表 6附錄B（規(guī)范性）專題圖 7附錄C（規(guī)范性）統(tǒng)計(jì)表 8DB3710/T173—2022本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由威海市自然資源和規(guī)劃局提出、歸口，并組織實(shí)施和評(píng)估。本文件起草單位：威海市自然資源和規(guī)劃局、山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第六地質(zhì)大隊(duì)、航天科工海鷹集團(tuán)有限公司、威海市國(guó)土空間技術(shù)中心。本文件主要起草人：鄭軍洋、徐昌、蘇曉玉、宋彬、于明輝、韓宗濤、邢曉平、賈婧雯、尋鵬、薛超玉、邵棋藩、裴心寧、閆少青、李宏偉、王夢(mèng)涵、劉增超、權(quán)嘉樂(lè)。1DB3710/T173—2022養(yǎng)殖海筏衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范本文件規(guī)定了養(yǎng)殖海筏衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)預(yù)處理、監(jiān)測(cè)流程、監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)成果。本文件適用于應(yīng)用高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)開(kāi)展養(yǎng)殖海筏面積及空間分布的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)工作。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T14950攝影測(cè)量與遙感術(shù)語(yǔ)GB/T15968-2008遙感影像平面圖制作規(guī)范GB/T17694地理信息術(shù)語(yǔ)HY070海域使用面積測(cè)量規(guī)范3術(shù)語(yǔ)和定義GB/T14950、GB/T17694、HY070界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1養(yǎng)殖海筏searafts指在淺海水面上利用浮子和繩索組成的養(yǎng)殖浮筏。3.2準(zhǔn)確率accuracy所有預(yù)測(cè)正確的（包括正類和負(fù)類）占總數(shù)的比例。3.3召回率recall反映了所有真正為正例的樣本中被分類器判定出來(lái)為正例的比例。3.4決策樹(shù)分類decisiontreeclassification通過(guò)樣本數(shù)據(jù)構(gòu)建一棵樹(shù)，樹(shù)中除了葉子節(jié)點(diǎn)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)數(shù)據(jù)特征的劃分點(diǎn)，將待測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)特征和該節(jié)點(diǎn)上的劃分特征做對(duì)比，直至分到葉子節(jié)點(diǎn)為止，實(shí)現(xiàn)待測(cè)數(shù)據(jù)類型的判別。2DB3710/T173—20223.5學(xué)習(xí)率learningrate優(yōu)化算法中的一種調(diào)諧參數(shù)，用以控制模型的學(xué)習(xí)速度及模型參數(shù)的更新速度，使損失函數(shù)收斂到最小值。4數(shù)據(jù)準(zhǔn)備4.1衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)4.1.1宜選擇2月至11月的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。4.1.2衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)質(zhì)量應(yīng)符合GB/T15968-2008中3.1.1的規(guī)定。4.1.3遙感衛(wèi)星影像分辨率不低于2m，云量宜小于5%且云層區(qū)域未覆蓋筏式養(yǎng)殖區(qū)。4.1.4遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)應(yīng)包含藍(lán)、綠、紅、近紅外四個(gè)波段，宜使用GF-1、GF-2、GF-6等國(guó)產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星影像。4.2基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)選用海岸線矢量數(shù)據(jù)和宗海矢量數(shù)據(jù)，以確定海域監(jiān)測(cè)范圍。。5數(shù)據(jù)預(yù)處理5.1坐標(biāo)基準(zhǔn)采用CGCS2000坐標(biāo)系。5.2深度基準(zhǔn)采用理論最低潮面（理論深度基準(zhǔn)面）。5.3幾何定位精度衛(wèi)星影像的平面位置中誤差應(yīng)優(yōu)于2個(gè)像元。5.4影像配準(zhǔn)精度同一傳感器多波段之間應(yīng)無(wú)“雙眼皮”現(xiàn)象，多光譜波段間配準(zhǔn)精度應(yīng)優(yōu)于0.3個(gè)像元；全色與多光譜數(shù)據(jù)配準(zhǔn)精度應(yīng)優(yōu)于0.5個(gè)像元；不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)源間影像配準(zhǔn)精度應(yīng)優(yōu)于1像元。5.5衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)處理衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)應(yīng)經(jīng)過(guò)輻射定標(biāo)、大氣校正、正射校正等處理，得到數(shù)據(jù)成果包括兩類，一類是包含藍(lán)、綠、紅、近紅外的地表反射率數(shù)據(jù)，數(shù)值浮點(diǎn)型，位深32bit；一類是包含RGB（即紅、綠、藍(lán)）波段的真彩色數(shù)據(jù)，數(shù)值整型，位深8bit。所有數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)基準(zhǔn)應(yīng)保持一致。6監(jiān)測(cè)流程利用高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，依據(jù)影像顏色、紋理、形狀特征，制作養(yǎng)殖海筏樣本，采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型及決策樹(shù)模型，精準(zhǔn)識(shí)別養(yǎng)殖海筏面積及空間分布等信息。養(yǎng)殖海筏衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)流程見(jiàn)圖1。3高分辨率遙感衛(wèi)星影像預(yù)處理輻射定標(biāo)正射校正鑲嵌裁剪反射率數(shù)據(jù)大氣校正影像融合勻色鑲嵌裁剪勻光勻色數(shù)據(jù)養(yǎng)殖海筏解譯標(biāo)志樣方布設(shè)與疑似養(yǎng)殖海筏區(qū)樣本勾繪養(yǎng)殖海筏樣本庫(kù)外業(yè)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)提取結(jié)果結(jié)果修訂面積統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)成果制作7監(jiān)測(cè)方法4DB3710/T173—20227.1樣方布設(shè)在主要筏式養(yǎng)殖區(qū)，按照空間布局均勻、代表性強(qiáng)的原則布設(shè)樣方，區(qū)市宜布設(shè)不少于6個(gè)樣方，每個(gè)樣方大小為5km*5km。借助高分辨率遙感衛(wèi)星影像，內(nèi)業(yè)完成疑似養(yǎng)殖海筏邊界勾繪，形成樣方調(diào)查數(shù)據(jù)集。7.2外業(yè)數(shù)據(jù)采集外業(yè)調(diào)查過(guò)程中，核查內(nèi)業(yè)勾繪的疑似養(yǎng)殖海筏數(shù)據(jù)情況，記錄每個(gè)調(diào)查區(qū)域?qū)嶋H養(yǎng)殖情況，填寫(xiě)外業(yè)調(diào)查表。7.3建立樣本庫(kù)結(jié)合外業(yè)采樣數(shù)據(jù)，在衛(wèi)星影像上劃定具備典型性的樣本標(biāo)繪范圍，勾繪所有養(yǎng)殖海筏矢量樣斑，并進(jìn)行柵格化處理。通過(guò)隨機(jī)裁剪及樣本增強(qiáng)處理，構(gòu)建養(yǎng)殖海筏樣本庫(kù)，樣本數(shù)量應(yīng)不少于2000個(gè)，每個(gè)樣本由三波段RGB影像及標(biāo)簽數(shù)據(jù)構(gòu)成。7.4提取模型7.4.1構(gòu)建7.4.1.1通過(guò)仿射變換構(gòu)建不同視角的樣本圖像，增加樣本數(shù)據(jù)的豐富性，利用顏色、形狀、紋理特征，構(gòu)建深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)注意力機(jī)制提升模型泛化能力，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖海筏的高精度提取。7.4.1.2結(jié)合標(biāo)繪的養(yǎng)殖海筏樣斑及地表反射率影像數(shù)據(jù)，提取養(yǎng)殖海筏的光譜反射率特征，構(gòu)建決策樹(shù)模型，通過(guò)決策樹(shù)分類規(guī)則實(shí)現(xiàn)海域背景的高精度剔除，提升養(yǎng)殖海筏的提取精度。7.4.2訓(xùn)練利用深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)養(yǎng)殖海筏樣本庫(kù)進(jìn)行模型訓(xùn)練，訓(xùn)練批次應(yīng)依據(jù)單次傳遞給網(wǎng)絡(luò)用以訓(xùn)練的樣本個(gè)數(shù)(batchsize)和學(xué)習(xí)率而設(shè)定，當(dāng)損失函數(shù)收斂時(shí)終止訓(xùn)練，保存訓(xùn)練后模型。7.5精度評(píng)價(jià)在構(gòu)建的樣本庫(kù)中，選擇20%的樣本作為驗(yàn)證樣本集，該樣本不參與模型訓(xùn)練。在模型訓(xùn)練過(guò)程對(duì)驗(yàn)證集樣本影像進(jìn)行養(yǎng)殖海筏提取，將提取結(jié)果與真實(shí)樣本標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算準(zhǔn)確率和召回率，其計(jì)算結(jié)果應(yīng)達(dá)到90%及以上。7.6數(shù)據(jù)提取根據(jù)訓(xùn)練后模型及高分辨率真彩色衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖海筏提取結(jié)果輸出（柵格再依據(jù)決策樹(shù)模型及高分辨率地表反射率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)提取結(jié)果中背景像元的有效剔除，經(jīng)矢量化處理，得到養(yǎng)殖海筏矢量數(shù)據(jù)提取結(jié)果。7.7結(jié)果修訂內(nèi)業(yè)人員對(duì)提取結(jié)果進(jìn)行目視判斷檢查，針對(duì)無(wú)法明確的區(qū)域，由外業(yè)調(diào)查人員開(kāi)展后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)核查工作，形成養(yǎng)殖海筏矢量數(shù)據(jù)成果。7.8面積統(tǒng)計(jì)養(yǎng)殖海筏面積統(tǒng)計(jì)宜采用高斯-克呂格投影，對(duì)最終監(jiān)測(cè)面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，單位為（hm2精確到0.001。5DB3710/T173—20228監(jiān)測(cè)成果8.1矢量數(shù)據(jù)養(yǎng)殖海筏矢量數(shù)據(jù)屬性字段包括監(jiān)測(cè)時(shí)間、養(yǎng)殖海筏面積等，矢量數(shù)據(jù)屬性的內(nèi)容及格式見(jiàn)附錄A。8.2監(jiān)測(cè)報(bào)告監(jiān)測(cè)報(bào)告內(nèi)容包括監(jiān)測(cè)時(shí)間、范圍、衛(wèi)星及傳感器、監(jiān)測(cè)流程、監(jiān)測(cè)方法、監(jiān)測(cè)結(jié)果和統(tǒng)計(jì)分析等。8.3專題圖養(yǎng)殖海筏空間分布監(jiān)測(cè)專題圖內(nèi)容包括圖名、圖例、公里格網(wǎng)、比例尺、養(yǎng)殖海筏分布信息以及行政區(qū)域地理信息等，專題圖的表示形式見(jiàn)附錄B。8.4統(tǒng)計(jì)表統(tǒng)計(jì)表內(nèi)容包括統(tǒng)計(jì)行政區(qū)劃、養(yǎng)殖海筏面積等信息，統(tǒng)計(jì)表的內(nèi)容及格式見(jiàn)附錄C。6DB3710/T173—2022（規(guī)范性）矢量數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)表養(yǎng)殖海筏衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)矢量數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)表見(jiàn)表A.1。表A.1矢量數(shù)據(jù)屬性結(jié)構(gòu)表序號(hào)字段名稱字段說(shuō)明字段類型字段長(zhǎng)度小數(shù)位數(shù)備注1TIME監(jiān)測(cè)日期2YHWZSM用海位置說(shuō)明Char303TBBH圖斑編號(hào)Char4TBLX圖斑類型Char5XZB中心經(jīng)度Double66YZB中心緯度Double67YZHFMJ養(yǎng)殖海筏面積Double28BZ備注Char7(規(guī)范性)專題圖N