多源异构盐城滨海湿地生态系统生境信息交互感知机理研究

Investigation of the Yancheng coastal wetland ecosystem habitat (YCWEH) interactive perceptive mechanism is of great significances to studying the living environment of wetland organisms and to predicting its changes. The appearance scene imagery and discrete corpus characterizing YCWEH are used for investigation. Kernel principal component analysis is used to merge the multi-modal spatial and color information of YCWEH appearance scene imagery. A novel half supervised topic model of partially abstract labeled Dirichlet allocation is proposed to extract the fingerprint of YCWEH discrete corpus. Kernel partial least square regression is used to construct the mapping model of the isomerous information on the semantic level. Multinomial Logistic regression is used to estimate the posterior probability distribution of the isomerous information on the high-level abstract semantic space (HABSS). Kullback-Leibler divergence is used to measure the similarity of abstract information on the HABSS. The similarity is used to construct the coupling relationship between the original appearance scene imagery and discrete corpus. Through the project implementation, the corresponding interactive perceptive software will be developed. Thus, YCWEH scene imagery can be approximately reconstructed from the ecological corpus statements, conversely the biophysical scene can derive the corresponding interpretation corpus. Thereby, the investigation has important academic theoretical siginficance and actual application value for understanding and protecting the YCWEH.

多源异构盐城滨海湿地生态系统生境信息交互感知机理研究，对于分析湿地环境中生物生存环境和预测其生境变化都具有重要意义。本项目以盐城滨海湿地生态系统生境的外貌影像和离散语料信息为研究对象，使用核主成分分析法对多模态生态生境影像空域和色域信息进行融合，提出偏抽象标签狄利克雷分布主题模型提取生态生境语料指纹信息，使用核偏最小二乘法构建异构信息在语义层面上的映射模型，利用多分类Logistic回归法获得底层异构特征信息的在高层抽象语义空间中的后验概率分布，使用Kullback-Leibler散度来估计高层语义空间中抽象信息的相似度，根据语义信息相似度来构建原始外貌影像和离散语料之间的耦合关系。同时通过该项目的实施，研制出交互感知软件，实现从获得的湿地生态语料表述中近似重构出湿地生态生境影像，又可以由生态生境场景溯源到相应的诠释语料，因此研究对于生态生境理解和保护具有重要的学术理论意义和实际应用。

国际上一般使用基于机器视觉技术实现生态系统生境视域感和自然语言处理技术实现对生态系统生境认知域感知，但是该两个研究方向基本趋于平行。多源异构生态系统生境信息交互感知机理研究为解决这一问题提供了一种新的途径。本研究以3类不同生态因子主题：包括飞行类动物、 爬行类动物和植被类型的盐城滨海湿地生态系统生境外貌影像和离散语料信息为研究对象，使用核主成分分析法对多模态生态生境影像空域和色域信息进行融合，利用隐狄利克雷分布主题模型提取生态生境语料指纹信息，使用核偏最小二乘法构建异构生态系统生境信息在语义层面上的映射模型，利用核多分类Logistic回归法获得底层异构生态系统生境特征信息的在高层抽象语义空间中的后验概率分布，使用Kullback-Leibler散度来估计高层语义空间中抽象信息的相似度，根据语义信息相似度来构建原始外貌影像和离散语料之间的耦合关系。进而实现从获得的湿地生态语料表述中近似重构出湿地生态生境影像，又可以由生态生境场景溯源到相应的诠释语料。实验结果显示，多源异构盐城滨海湿地生态系统生境信息交互感知模型在训练集上产生的总体精度和mAP值分别为70.00%和0.678，在测试集上产生的总体精度和mAP值分别为64.45%和0.664。说明提出的方法可以被用于交互感地知盐城滨海湿地生态系统生境信息。通过语义耦合模型的建立，实现具有的“三跨”特性的盐城滨海湿地生态系统生境感知功能：一是跨场景感知功能，即实现对来源于不同的滨海湿地生态系统生境物理场景视觉数据有效感知；二是跨模态感知功能，即实现对具有不同的模态滨海湿地生态系统生境信息有效感知；三是跨空域感知功能，即实现对分别来自滨海湿地生态系统物理空间与认知空间的感知数据的耦合感知。生态系统生境交互感知机理研究对于分析湿地环境中生物生存环境和预测其生境变化都具有重要意义。