Fully Automated Classification Method for Crops Based on Spatiotemporal Deep-Learning Fusion Technology

人工智能 深度学习 计算机科学 卷积神经网络 机器学习 模式识别(心理学) 人工神经网络 上下文图像分类 数据挖掘 图像(数学)
作者
Shuting Yang,Lingjia Gu,Xiaofeng Li,Fang Gao,Tao Jiang
出处
期刊:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:60: 1-16 被引量:11
标识
DOI:10.1109/tgrs.2021.3113014
摘要

Accurate and timely crop mapping is essential for agricultural applications, and deep-learning methods have been applied on a range of remotely sensed data sources to classify crops. In this article, we develop a novel crop classification method based on spatiotemporal deep-learning fusion technology. However, for crop mapping, the selection and labeling of training samples is expensive and time consuming. Therefore, we propose a fully automated training-sample-selection method. First, we design the method according to image processing algorithms and the concept of a sliding window. Second, we develop the Geo-3D convolutional neural network (CNN) and Geo-Conv1D for crop classification using time-series Sentinel-2 imagery. Specifically, we integrate geographic information of crops into the structure of deep-learning networks. Finally, we apply an active learning strategy to integrate the classification advantages of Geo-3D CNN and Geo-Conv1D. Experiments conducted in Northeast China show that the proposed sampling method can reliably provide and label a large number of samples and achieve satisfactory results for different deep-learning networks. Based on the automatic selection and labeling of training samples, the crop classification method based on spatiotemporal deep-learning fusion technology can achieve the highest overall accuracy (OA) with approximately 92.50% as compared with Geo-Conv1D (91.89%) and Geo-3D CNN (91.27%) in the three study areas, indicating that the proposed method is effective and efficient in multi-temporal crop classification.

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