一种基于多源遥感的农业生态质量评价方法、介质及系统与流程

本发明属于农业生态，具体而言，涉及一种基于多源遥感的农业生态质量评价方法、介质及系统。

背景技术：

1、农业生态质量评价是区域生态保护与农业可持续发展的重要技术手段，当前已广泛采用多源遥感影像融合方法，将高光谱影像的精细光谱信息与合成孔径雷达影像的结构纹理信息结合，用于提取农田、林地、水体及半自然生境等景观类型，进而评价区域生态质量。在现有技术中，由于高光谱传感器与合成孔径雷达传感器的成像几何、空间分辨率及坐标基准存在系统性差异，当前普遍采用双线性插值或三次样条插值等显式栅格化重采样方法对两类影像进行空间对齐，这类方法在处理超高分辨率影像时，受制于网格细化所引发的显存指数级增长，只能在有限分辨率下执行配准，导致高光谱的连续光谱物理信息在重采样过程中发生离散化损失，使融合影像在亚像元尺度上产生空间错位误差。也就是说，现有技术中存在多源遥感影像融合后高光谱与雷达特征无法在亚像元级精确对齐导致农业生态质量评价结果空间精度严重不足的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种基于多源遥感的农业生态质量评价方法、介质及系统，能够解决现有技术中存在多源遥感影像融合后高光谱与雷达特征无法在亚像元级精确对齐导致农业生态质量评价结果空间精度严重不足的技术问题。

2、本发明是这样实现的：本发明第一方面提供一种基于多源遥感的农业生态质量评价方法，包括以下步骤：

3、获取研究区多时相高光谱遥感影像与合成孔径雷达影像，引入空间正交隐式坐标映射算子对两类影像进行连续空间神经表征构建，实现亚像元级自适应无损对齐，输出统一空间基准的多源融合影像；

4、对多源融合影像执行自适应小波多尺度金字塔频域解耦，将影像正交解耦为低频全局轮廓张量与高频局部细节张量，依据区域生态异质性指数动态调整小波分解层数与高频阈值量化参数，输出多层次特征表征集；

5、对多层次特征表征集执行超像元分割，建立景观类型标注图；

6、将景观类型标注图与地面气象及土壤实测向量输入生态质量映射模型，输出景观多样性指数、破碎化指数、优势度指数及连通性指数，并依据生态质量综合调节函数动态调整模型神经元间特征传导权重分配；

7、基于四类景观指数对研究区实施农业生态质量分级评价，标注生态质量等级空间分布图，并对多时相结果执行变化分析，识别农田撂荒与生境退化异常区域；

8、对识别的异常区域触发生态质量映射模型内部误差梯度预测修正机制，动态重构斑块拓扑邻接矩阵权重，输出精细化异常区域生态质量空间映射结果。

9、其中，所述空间正交隐式坐标映射算子，具体是以空间坐标作为输入，以多层全连接网络构建连续隐式场，将任意空间坐标位置映射为对应的光谱特征向量，从而在无需显式栅格化重采样的前提下实现多源影像在任意分辨率下的特征对齐。

10、其中，所述自适应小波多尺度金字塔频域解耦，具体是引入平稳小波多尺度分析理论，以自适应小波基函数对多源融合影像执行多级离散小波分解，低频全局轮廓张量输送至轻量级线性注意力层，高频局部细节张量进入局部密集卷积算子，区域生态异质性指数依据各生态斑块类别面积比例的香农信息熵计算获得。

11、其中，所述超像元分割，具体是利用简单线性迭代聚类算法，依据像元光谱特征与空间距离将多源融合影像聚合为视觉均质的非规则斑块区域，结合土地利用数据与农业生态调查数据识别农田、林地、水体、半自然生境及建设用地景观类型。

12、其中，所述生态质量映射模型融合拓扑图稀疏邻接与跨模态增量交叉投影网络结构，并在前置特征提取阶段集成自适应小波多尺度金字塔频域解耦模块，模型输出层输出景观多样性指数、破碎化指数、优势度指数及连通性指数。

13、其中，所述拓扑图稀疏邻接传导层由3至6层稀疏图卷积构成，相邻图卷积层之间实行跨层键值缓存共享，深层节点直接读取浅层已聚合的空间拓扑表征，层间神经元特征向量的维度分配由生态质量综合调节函数动态调整。

14、其中，所述跨模态增量交叉投影模块将地面气象与土壤实测向量以增量方式动态加权投影到遥感图特征通道，投影权重由可学习线性变换矩阵确定，显存分配依据当前批次斑块节点数量与稀疏邻接矩阵非零元素数量动态调整。

15、其中，所述生态质量综合调节函数以多时相影像覆盖度均值、研究区景观类别数量及半自然生境占比三项数据计算生态质量综合调节值，依据的取值区间分别采用压缩层间维度分配策略、均匀层间维度分配策略、渐进扩张层间维度分配策略或双通道并行层间维度分配策略。

16、其中，生态质量映射模型的训练采用跨域自适应类别平衡对比损失函数，损失函数引入梯度预测修正算子与特征空间动态抖动机制，类别权重由各类别样本频率的倒数计算后归一化获得。

17、其中，所述误差梯度预测修正机制在检测到局部区域分类误差梯度幅值超过动态阈值时启动，动态重构局部邻接矩阵权重，动态阈值通过多次迭代实验分析梯度分布的均值与标准差后确定。

18、其中，生态质量映射模型的残差支路嵌入自适应缩放因子，并将能量平衡方程与水热平衡方程作为硬性物理约束引入隐藏层状态演化，硬性约束以拉格朗日惩罚项形式附加于训练损失函数。

19、其中，所述生态质量映射模型的训练数据集建立时，对半自然生境等少数类别执行特征空间动态抖动数据扩增，数据集按训练集、验证集与测试集的比例划分。

20、其中，所述区域生态异质性指数的计算公式为，其中为第类景观类型的面积占研究区总面积的比例，为景观类别总数，小波分解层数随区域生态异质性指数的增大而增加。

21、其中，所述生态质量综合调节值的计算公式为，其中为多时相影像覆盖度均值，为研究区景观类别数量，为预设最大景观类别数，为半自然生境面积占研究区总面积的比例，、、为权重系数且三者之和为1。

22、其中，小波分解层数范围为2至6层取值范围为10至15、、取值范围均为0.2至0.5；扩增倍数范围为5至20倍；拉格朗日惩罚系数范围为0.01至1.0；特征空间动态抖动扰动标准差范围为0.001至0.1；训练初始学习率范围为至；训练轮次范围为50至200轮；动态阈值取梯度幅值均值加2至3倍标准差；空间邻域欧氏距离阈值范围为200至2000。

23、本发明第二方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令在计算机中运行时，用于执行上述的一种基于多源遥感的农业生态质量评价方法。

24、本发明第三方面提供一种基于多源遥感的农业生态质量评价系统，包含上述的计算机可读存储介质，所述的系统为计算机，所述计算机可读存储介质设置在所述系统内，所述系统内设置有执行所述计算机可读存储介质内存储的程序指令的微处理器。

25、本发明通过引入空间正交隐式坐标映射算子，以连续隐式神经场取代传统显式栅格化重采样，将任意空间坐标位置直接映射为对应光谱特征向量，从根本上规避了网格细化引发的显存指数级增长，使高光谱影像的连续光谱物理信息在多源融合过程中得到完整保留，进而实现了亚像元级自适应无损对齐。在此基础上，自适应小波多尺度金字塔频域解耦将融合影像的低频宏观景观格局与高频细粒度生境边缘特征分离并分别输送至对应的处理路径，使后续图卷积层无需对全分辨率特征执行冗余全局聚合，从而大幅降低了节点特征向量的初始维度与层间特征传导的计算负荷。综上所述，本发明解决了背景技术中提到的多源遥感影像融合后高光谱与雷达特征无法在亚像元级精确对齐导致农业生态质量评价结果空间精度严重不足的技术问题。