20、基于随机森林的多频全极化合成孔径雷达(PolSAR)数据农作物分类分析

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基于随机森林的多频全极化合成孔径雷达(PolSAR)数据农作物分类分析

1. 研究区域与数据集

研究区域选在了荷兰弗莱福兰地区的国际农业超级试验区。该试验区的地理范围介于北纬 52.266605°、东经 5.648201°(左上角坐标)和北纬 52.326725°、东经 5.441733°(右下角坐标)之间。这里地形平坦,海拔在平均海平面以下约 ±3 米,主要以农业种植为主,农田的标称面积约为 80 公顷。主要农作物有小麦、大麦、马铃薯、甜菜和玉米等,次要农作物包括油菜籽、豌豆、洋葱、毛豆和草等。

为了便于分析,将这些农作物分为两类:短茎阔叶(SSBL)作物和长茎(LS)作物。长茎作物选取了大麦和油菜籽进行分析,短茎阔叶作物则包含甜菜和马铃薯。在 1991 年的 JPL - SAR 实验期间,弗莱福兰试验区分别有 406 块、317 块、101 块和 13 块马铃薯、甜菜、大麦和油菜籽农田。

使用了 1991 年 JPL - SAR 实验期间获取的 AIRSAR 数据集。数据获取时间为 6 月,正值农业生长季节,采用多频(C 波段:5.7 厘米、L 波段:25 厘米、P 波段:68 厘米)和全极化模式。数据的标称像素间距在距离向和方位向分别为 6.66 米×12.15 米,且以压缩斯托克斯积的格式提供。利用 PolSARPro 工具箱从 AIRSAR 数据产品中生成了 C、L 和 P 波段的 3×3 协方差矩阵,其他极化特征则由 3×3 协方差矩阵的元素进一步生成。

波段 波长
C
深度学习作为人工智能的关键分支,依托层神经网络架构对高维数据进行模式识别与函数逼近,广泛应用于连续变量预测任务。在Python编程环境中,得益于TensorFlow、PyTorch等框架的成熟生态,研究者能够高效构建面向回归分析的神经网络模型。本资源库聚焦于通过循环神经网络及其优变体解决时序预测问题,特别针对传统RNN在长程依赖建模中的梯度异常现象,引入具有门控机制的长短期记忆网络(LSTM)以增强序列建模能力。 实践案例涵盖从数据预处理到模型评估的流程:首先对原始时序数据进行标准处理与滑动窗口分割,随后构建包含嵌入层、双向LSTM层及连接层的网络结构。在模型训练阶段,采用自适应矩估计优器配合早停策略,通过损失函数曲线监测过拟合现象。性能评估不仅关注均方根误差等量指标,还通过预测值与真实值的轨迹可视化进行定性分析。 资源包内部分为三个核心模块:其一是经过清洗的金融时序数据集,包含标准后的股价波动记录;其二是模块编程实现的模型构建、训练与验证流程;其三是基于Matplotlib实现的动态结果展示系统。所有代码均遵循面向对象设计原则,提供完整的类型注解与异常处理机制。 该实践项目揭示了深度神经网络在非线性回归任务中的优势:通过层非线性变换,模型能够捕获数据中的高阶相互作用,而Dropout层与正则技术的运用则保障了泛能力。值得注意的是,当处理高时序数据时,需特别注意序列平稳性检验与季节性分解等预处理步骤,这对预测精度具有决定性影响。 资源来源于网络分享,仅用于学习交流使用,请勿用于商业,如有侵权请联系我删除!
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