吉林大学学报(地球科学版) ›› 2026, Vol. 56 ›› Issue (3): 1076-1087.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20240291

• 地球探测与信息技术 • 上一篇    下一篇

基于深度学习及人机协同的煤矿区地表遥感影像变化图斑智能提取

刘洪学,杨化超,卞和方,李斌,李磊,汪森   

  1. 中国矿业大学环境与测绘学院,江苏徐州221116
  • 出版日期:2026-05-26 发布日期:2026-06-03
  • 通讯作者: 杨化超(1977—),男,教授,博士,主要从事数字摄影测量与计算机视觉方面的研究,E-mail:huachao.yang@ cumt.edu.cn
  • 作者简介:刘洪学(2001—),男,硕士研究生,主要从事遥感变化检测方面的研究,E-mail:ts24160178p31@cumt.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(42274054)

 Intelligent Extraction of Remote Sensing Image Change Patches Based on Deep Learning and Human-Computer Collaboration in Coal Mine Surface Areas

Liu Hongxue, Yang Huachao, Bian Hefang, Li Bin, Li Lei, Wang Sen   

  1. School of Environmental Science & Spatial Informatics, China University of Mining & Technology, Xuzhou 221116, Jiangsu, China
  • Online:2026-05-26 Published:2026-06-03
  • Supported by:
    Supported by the National Natural Science Foundation of China (42274054)

摘要: 针对深度学习变化检测方法对光照和配准误差敏感及样本数量不足的问题,本文从理论和实际应用的角度出发,提出并实现了一套基于Cesium的WebGIS和深度学习理论的煤矿区地表遥感影像变化图斑智能提取方法和技术流程。首先,利用改进的融合时空特征匹配一致性检测及大卷积核时空注意力构造多任务时空注意力变化检测网络(multi-task spatio-temporal attention change detection network, MSTACDN)的深度学习模型,实现遥感影像变化图斑的智能提取;继而,通过构建的WebGIS平台对提取的变化检测图斑进行可视化展示、管理和多用户人机协同编辑,提高检测成果的正确率和精度;最后,将人工编辑成果作为新样本存入样本库,并反馈给深度学习模型进行自主学习,进一步提高模型精度。三种典型地物(建筑物、水体及道路)变化检测的实际应用结果表明:与FC-SD(fully convolutional-siamese difference)、SNUNet(siamese nested UNet)、BITNet(bi-temporal image transformer network)、ChangeFormer算法相比,所提的深度学习算法获得了最优的检测精度,建筑物、水体、道路的精度指标IoU(intersection over union)和F1得分分别为82.26%和91.79%、81.68%和91.50%,以及72.13%和87.59%,显著优于其他模型;利用增强的样本库自主学习,有效弥补了样本数量不足的缺陷,经过一轮样本增强后,建筑物、水体、道路的IoU和F1得分分别提升至89.53%和91.86%、85.74%和91.78%,以及82.32%和89.77%。


关键词: 深度学习, 高分遥感, 变化检测, Cesium, WebGIS

Abstract:  Aiming at the problems that deep learning change detection methods are sensitive to illumination and registration errors and lack of samples, this paper proposes and implements a set of intelligent extraction methods and technical processes for surface remote sensing image change patches in coal mining areas based on Cesium WebGIS and deep learning theory from theoretical and practical perspectives. Firstly, a multi-task spatio-temporal attention change detection network (MSTACDN) is constructed by improved fusion of spatio-temporal feature matching consistency detection and large convolutional kernel spatio-temporal attention, to realize intelligent extraction of remote sensing image change patches. Then, the constructed WebGIS platform is used for visual display, management, and multi-user human-computer collaborative editing of the extracted change detection patches, so as to improve the correctness and accuracy of detection results. Finally, the manually edited results are stored in the sample library as new samples and fed back to the deep learning model for autonomous learning to further improve the model accuracy. The practical application results of change detection for three typical features (buildings, water bodies, and roads) show that compared with FC-SD (fully convolutional-siamese difference), SNUNet (siamese nested UNet), BITNet (bi-temporal image transformer network), and ChangeFormer algorithms, the proposed deep learning algorithm achieves the optimal detection accuracy. The two accuracy indicators of IoU (intersection over union) and F1 scores for buildings, water bodies, and roads are 82.26% and 91.79%, 81.68% and 91.50%, and 72.13% and 87.59%, respectively, which are significantly better than other models. Autonomous learning with the enhanced sample library effectively compensates for the shortage of samples. After one round of sample enhancement, the IoU and F1 scores of buildings, water bodies, and roads are increased to 89.53% and 91.86%, 85.74% and 91.78%, and 82.32% and 89.77% accordingly.


Key words: deep learning, high resolution remote sensing, change detection, Cesium, WebGIS

中图分类号: 

  • TP751
[1] 陈应显, 朱喆, 富颉鹏, 马慧茹. 基于条件生成对抗网络的深部水文地质剖面生成方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 975-985.
[2] 李海港, 王涛, 杨艳伟, 董学征, 廖利勇, 付晓东, 刘硕磊, 倪雨苗.  基于深度学习的地下管线探地雷达数据反演[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(3): 1026-1037.
[3] 胡飞跃, 徐昊翔, 邓成坚, 杨舒铎. 基于深度学习模型的岩溶塌陷易发性评价——以广佛肇地区为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 584-597.
[4] 刘涛, 刘宗堡, 张可佳, 张岩, 张瑞雪, 刘晓文, 徐翠云.

基于深度学习的致密砂岩储层薄片图像生成与识别方法 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2026, 56(2): 724-738.

[5] 齐娇, 曹思远. 基于先验知识的深度学习表面相关多次波压制方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(5): 1702-1714.
[6] 杨笑天, 谭金林, 鱼昕, 赵俊哲, 刘铭. 基于GAM-YOLOv8的遥感图像舰船目标跟踪[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(1): 328-339.
[7] 高康哲, 王凤艳, 刘子维, 王明常. 基于改进U-Net的遥感图像语义分割[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(5): 1752-1763.
[8] 李莹, 赵宁曦.

三种基于Cesium的重庆市漫游飞行算法及其对比分析 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2024, 54(2): 709-720.

[9] 王婷婷, 孙振轩, 戴金龙, 姜基露, 赵万春.

松辽盆地中央坳陷区储层岩性智能识别方法 [J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(5): 1611-1622.

[10] 刘 霞, 孙英杰. 基于融合残差注意力机制的卷积神经网络地震信号去噪[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(2): 609-.
[11] 张岩, 刘小秋, 李杰, 董宏丽, . 基于时频联合深度学习的地震数据重建[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(1): 283-296.
[12] 王民水, 孔祥明, 陈学业, 杨国东, 王明常, 张海明. 基于随机补片和DeepLabV3+的建筑物遥感图像变化检测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(6): 1932-1938.
[13] 熊越晗, 刘东燕, 刘东升, 王艳磊, 唐小山. 基于岩样细观图像深度学习的岩性自动分类方法[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(5): 1597-1604.
[14] 王明常, 朱春宇, 陈学业, 王凤艳, 李婷婷, 张海明, 韩有文. 基于FPN Res-Unet的高分辨率遥感影像建筑物变化检测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(1): 296-306.
[15] 王新民, 张超超. 基于深度学习的旧金山湾水质预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2021, 51(1): 222-230.
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