基于可解释特征提取与概率融合的无人机高光谱药用植物分布制图研究
《Remote Sensing》:Medicinal Plant Mapping Based on UAV Hyperspectral Imagery via an Interpretable Framework
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时间:2026年10月21日
来源:Remote Sensing 4.3
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摘要
准确地绘制药用植物的分布图对于资源清查和可持续管理至关重要。虽然无人驾驶飞行器(UAV)的高光谱传感技术提供了一种强大的监测工具,但高维光谱数据的ambiguaity(模糊性)以及传统全局分类器的“黑箱”特性严重限
摘要
准确地绘制药用植物的分布图对于资源清查和可持续管理至关重要。虽然无人驾驶飞行器(UAV)的高光谱传感技术提供了一种强大的监测工具,但高维光谱数据的ambiguaity(模糊性)以及传统全局分类器的“黑箱”特性严重限制了绘图精度和可解释性。为了解决这一问题,我们开发了一种可解释的、针对特定类别的框架,用于精细尺度的作物识别。通过分层 Successive Projections Algorithm (SPA)–Competitive Adaptive Reweighted Sampling (CARS)–Genetic Algorithm (GA)–Recursive Feature Elimination (RFE) 算法策略,我们提取出特定类别的诊断特征,将映射过程从“黑箱”模型转变为可解释的模式。这些定制的特征子集被输入到并行的随机森林二分类器中,生成针对各类别的概率输出,然后这些概率输出被送入逻辑回归决策层进行融合,从而校准预测概率并解决类别间的矛盾,最终得出明确的分类结果。该框架在广东省云浮市的应用中,成功绘制了目标物种 Murraya exotica、Zanthoxylum nitidum 和 Melicope pteleifolia 的分布图,总体准确率为 97.35%(Kappa 值 = 0.97),优于传统的基准模型(如标准多类随机森林、极端梯度提升算法和光谱角度映射器)。这些研究结果表明,将特定类别的特征提取与基于概率的决策融合相结合,可以为异质环境中的精准农业绘图提供一种稳健且可解释的方法。
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