第十一个项目,水体提取

公司的项目,这个比较成功,用总监的话说,

 

得益于组长的内存管理库和精湛的经验,让我学到了经验。并从头到尾学习了下源代码。以前都是看完自己负责的那部分就结束了,太浮躁了。

这次都是用开源的东西去做的,很满意。

 

这个项目属于国家部委项目

<think>好的,我需要帮助用户了解如何利用GEE平台和SVR模型反演威宁县草海自然保护区过去多个年份的总氮总磷数据。用户提供了2024年四个日期的采样点数据,并希望反演2004、2009、2013、2018、2023年的四个季度数据。我需要一步步拆解这个过程,确保逻辑清晰且技术可行。 首先,用户的问题涉及时间序列分析和遥感反演,可能需要用到历史卫星数据。GEE平台有丰富的遥感数据集,比如Landsat、MODIS等,这些数据可以作为特征变量。总氮总磷通常与水体反射率相关,所以可能需要选择合适的光谱指数或波段作为输入特征。 接下来,支持向量回归(SVR)是一种机器学习方法,适用于小样本数据,适合用户提供的四个日期的采样数据。但需要注意,四个日期的数据可能较少,可能需要数据增强或交叉验证来提高模型泛化能力。 然后是数据预处理部分。用户需要收集对应2024年四个日期的卫星影像,并进行大气校正、云掩膜等处理,确保影像质量。同时,总氮总磷的采样数据需要与卫星影像的日期匹配,可能需要时间窗口内的影像合成,比如使用当月或当季度的中值合成。 模型训练阶段,需要将采样点的总氮总磷数据与对应的卫星影像波段值提取结合,形成训练数据集。然后进行特征选择,可能包括单波段反射率、NDWI(归一化水体指数)、NDCI(归一化差异叶绿素指数)等。数据可能需要归一化或标准化处理,以适应SVR模型。 模型验证是关键,用户需要划分训练集和验证集,使用交叉验证评估模型性能,计算RMSE、R²等指标。如果模型表现良好,就可以进行反演。 历史数据反演部分,用户需要获取目标年份(2004、2009等)的对应季度的卫星影像,并进行相同的预处理。然后应用训练好的SVR模型预测总氮总磷浓度,最后进行后处理,如去除异常值、空间插值等,生成反演结果图。 不过,可能存在几个挑战:历史卫星数据的可用性(如Landsat 5在2003年之后的可用性)、云覆盖问题、季节变化对模型的影响,以及采样数据量少导致的模型过拟合或欠拟合。需要建议用户考虑时间一致性,比如不同年份同季度的影像选择,或者使用MODIS数据弥补Landsat的时间分辨率不足。 最后,步骤可能需要具体代码示例,比如如何在GEE中提取波段、训练SVR模型,但用户可能更关注流程而非具体代码。因此,回答需要结构清晰,分步骤说明,同时提醒潜在问题和解决方案。</think>以下是使用Google Earth Engine (GEE) 结合支持向量回归(SVR)反演草海总氮总磷的步骤与逻辑框架: --- ### **一、数据准备阶段** #### 1. **实测数据整合** - 将2024年四个日期的采样点总氮(TN)、总磷(TP)数据与GPS坐标整理为CSV文件,格式: ```text latitude,longitude,date,TN,TP 26.86xxx,104.28xxx,2024-01-12,0.5,0.02 ... ``` #### 2. **遥感数据选择** - **影像源**:优先选择与实测日期匹配的卫星数据: - **Landsat 5/7/8/9**(30m分辨率,适合小水体) - **Sentinel-2**(10m分辨率,但2015年后可用) - **MODIS**(500m,时间分辨率高但空间精度低) - **关键波段**: - 反射率波段(Blue, Green, Red, NIR, SWIR等) - 衍生指数:NDWI(水体提取)、NDCI(叶绿素相关)、FUI(水体颜色指数) --- ### **二、GEE数据处理流程** #### 1. **影像预处理** ```javascript // 示例:筛选Landsat 8影像并去云 var image = ee.ImageCollection('LANDSAT/LC08/C02/T1_L2') .filterDate('2024-01-01', '2024-01-15') .filterBounds(studyArea) .map(cloudMask) .median(); ``` #### 2. **特征提取** - 从影像中提取采样点对应的波段反射率值: ```javascript var samplePoints = ee.FeatureCollection('users/your_name/TNTP_samples'); var trainingData = image.sampleRegions({ collection: samplePoints, scale: 30, geometries: true }); ``` #### 3. **时序扩展** - 对历史年份(2004,2009等)每个季度重复上述步骤,构建反演用的影像数据集。 --- ### **三、SVR模型构建** #### 1. **特征工程** - **输入变量**:选择与TN/TP相关性高的波段/指数(通过Pearson分析) - **数据归一化**:对反射率波段进行Min-Max标准化 #### 2. **模型训练** ```javascript // 使用GEE的SVM库(需导入第三方库) var svr = ee.Classifier.libsvm({ kernelType: 'RBF', gamma: 0.5, cost: 10 }); var trainedModel = svr.train({ features: trainingData, classProperty: 'TN', // 分TN/TP两次建模 inputProperties: ['B2','B3','NDWI','NDCI'] }); ``` #### 3. **验证方法** - 留出法:80%训练,20%验证 - 交叉验证:K-fold(需将数据导出到本地计算) --- ### **四、历史数据反演** #### 1. **应用模型** ```javascript // 将模型应用于历史影像 var tnImage = image.classify(trainedModel).rename('TN'); ``` #### 2. **结果后处理** - **掩膜**:利用NDWI>0.2提取有效水体区域 - **平滑**:使用3x3中值滤波消除噪声 #### 3. **导出结果** ```javascript Export.image.toDrive({ image: tnImage, description: 'TN_2004_Q1', region: studyArea, scale: 30 }); ``` --- ### **五、关键问题与解决方案** 1. **时间一致性** - 使用相同传感器数据(如2004年用Landsat 5,2023年用Landsat 9) - 无数据季度用相邻月份影像插值 2. **模型迁移性验证** - 检查历史时期是否有少量实测数据可验证 - 对比反演结果与文献报道的浓度范围 3. **季节差异修正** - 为每个季度单独建立模型(如Q1模型仅用1月样本) --- ### **六、预期成果** - 生成2004-2023年每季度的TN/TP空间分布图 - 输出统计结果:草海整体浓度均值、年际变化趋势(可配合时间序列图) 建议优先从Landsat 5/7/8数据完整性较好的年份(如2013、2018)开始试算,逐步扩展到其他年份。若遇到高云量问题,可改用MODIS数据(需接受较低空间精度)。
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