利用免费 Sentinel 图像对农田进行 AI 辅助制图

利用免费 Sentinel 图像对农田进行 AI 辅助制图

2022-08-10 作者: xuzhiping 浏览: 338 次

摘要: 农业数字化发展迅速,越来越多的公司和开发商为作物监测、资产管理、开发肥料优化工具以及其他惊人的数字技术提供解决方案,以提高农业业务的效率。每当谈到农业管理时,基本实体是地块和具有特定坐标和边界的田地,所有的遥感数据都参考了田地。这就是为什么许多农业应用程序从农...

农业数字化发展迅速,越来越多的公司和开发商为作物监测、资产管理、开发肥料优化工具以及其他惊人的数字技术提供解决方案,以提高农业业务的效率。每当谈到农业管理时,基本实体是地块和具有特定坐标和边界的田地,所有的遥感数据都参考了田地。这就是为什么许多农业应用程序从农田地图开始,其中许多应用程序将这样的地图作为产品的核心功能来实现。

如何在地图上放置所有字段

以贝尔戈罗德地区(俄罗斯)的试验区为例,俄罗斯有相当大的农田地块,在 Sentinel 图像中能够清晰可见。面积为 2422 平方公里的地区包括 :

  • 大约 4,500 个多边形的农田;
  • 平均多边形有大约 100 个顶点。

据估计,手工绘制地图需要制图师大约 160 个工作日。但如今,可以将部分常规地图绘制工作委托给人工智能(AI),以便更专注于实施阶段以及产品对最终用户需求的应用,我们可以使用相同的试点区域,包括:

  • 人工智能地图制图运输在约 30 分钟内处理该区域的单个图像;
  • 通常需要几个图像来覆盖该区域的所有区域(以避免云层,阴影等),这里使用了六张图像,整个区域需要三个小时的处理时间。

显示道路和农田的地图的一部分

图1. 别尔哥罗德地区(俄罗斯)的试验区

虽然人工智能在速度表现上多次战胜了人类制图师,但在某些情况下,它也会由于不稳定而出现错误,比如多云区域、云层阴影、不同的季节和田野模式等。

人工智能的速度和人类准确性相结合

接下来讨论两个潜在的用例,更具体地说,农田地图制图的自动化将非常有帮助,并提出一个制图员的工作流程,用于迭代处理和合并生成的字段掩码。

案例1:统计境内所有耕地的数量和面积

如您在免费和流行的 QGIS ( qgis.org )中有些许经验,那么在这里可使用插件 Mapflow-QGIS 及 Sentinel-2 和字段掩码。该插件由 Mapflow API 提供支持,此时只需创建一个帐户并获取登录令牌显示QGIS插件Mapflow中掩码和裁剪选项的屏幕截图即可开始工作。下图是有关如何在 Mapflow-QGIS 中搜索、预览和 运行 Sentinel-2 图像处理的完整用户指南

来自QGIS图像显示使用Mapflow插件搜索和查询卫星图像

图2. 使用 Mapflow-QGIS 插件搜索 Sentinel-2 卫星图像的结果和预览

如果幸运地找到覆盖了所在区域的无云图像,即可以使用单个 Sentinel-2 图像处理350 平方公里的区域,大约需要5 分钟(如上图所示)。

显示QGIS插件Mapflow中掩码和裁剪选项的屏幕截图

图3. 作物田地的分割掩模,由 AI 从 Sentinel-2 卫星图像中提取。

案例2:盘点境内所有领域

要获得在特定时间段内在该地区耕种的所有农田的精确地图(比如需要更新图像的植被季节),必须对可用的 Sentinel-2 图像进行一些初步分析,原因如下:

  • 不要错过在不同时间培养的物体(见图4(a,b));
  • 确保全境覆盖(如遇云、雾、雪等情况,见图4(c))。

显示卫星图像四个不同区域的不同级别云覆盖的屏幕截图

图4. AI 模型在不同条件下提取的字段掩码

为此,我们设计了特殊的迭代 AI 映射工作流程,该工作流程基于从多个卫星图像中提取的字段掩码组合。例如在俄罗斯的样本领土,它如何工作,内容如下:

  • 包含六个要处理的图像;
  • 制图员的迭代 AI 制图指南。

其中重要的一点是,制图师如果以前不熟悉此制图工作流程,算法大约需要三个小时,一位制图师需要两天时间才能最终确定结果(而不是 165 天)!

迭代式 AI 地图制图工作流程的先睹为快

迭代地图制图工作流基于以下原则:

  • 从多个卫星图像中选择 AI 生成的成功多边形;
  • 最大限度地减少制图师的点击次数。

任何制图师都可以在数小时内完成此工作流程,我们已经在开发一系列教程来解释其工作原理。当谈到卫星图像中关于地图制图的有效性时,还需要考虑一件重要的事情,通常需要一个方便的工具来搜索和处理图像。这就是为什么我们很高兴地宣布专用工具可供每位制图师免费使用。使用最新的插件 Mapflow-QGIS (1.6.*) ,通过 Mapflow AI 进行搜索、查看和处理 Sentinel-2 图像。

总结

  • Sentinel-2 字段地图制图的新模型已成功实施到 Mapflow 中,并可供 Mapflow-QGIS 插件的所有用户使用,可与之前发布的高分辨率模型一起尝试使用。
  • Mapflow-QGIS 1.6 已发布,主要的新功能是实现了前哨图像的目录和处理 (Sentinel 搜索由 SkyWatch API 提供支持,属于很酷的服务和图像提供者)。
  • 我们已经描述了一个实验性农业领域的基准,表明人工智能制图可以将整个过程加速80 倍。
  • 同时正在寻找准备好尝试迭代 AI 制图工作流程的勇敢制图师和开发人员。
  • 除此项服务外,Mapflow 还提供高分辨率图像模型用于田间和道路掩膜提取,这对整个农业制图项目都很有用。
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