基于信息熵的土地覆盖专题图升尺度误差传递规律及方法研究

Land cover maps have been established to characterize the Earth’s fundamental characteristics for supporting the Earth observation research. These research for the global or large extent area require different land cover maps at relatively coarser spatial resolutions. The aim of this project is to propose the upscaling method using the entropy information and uncertainty information to produce the land cover map at coarser resolution. Additionally, the accuracy assessment method to measure the information loss/gain for the upscaling will be proposed. The project focuses on three explorations: (1) quantitatively assessing the error for determining the class type of the upscaled pixels for determining the factors to calculate the pixel-level entropy of the upscaled pixels, (2) proposing a quantitative assessment model for the information loss/gain to explore the error/uncertainty principle for the upscaling techniques, and (3) exploring how to reduce the error/uncertainty resulted from the upscaling operation based on different landscape scenarios with various landscape patterns. An upscaling technique form a user’s perspective should be proposed, which can flexibly produce upscaled maps with the lower errors and uncertainties and generate the associated uncertainty data. Overall, the explorations in this study can provide a theoretical fundamental to efficiently and flexibly utilize upscaled maps for Earth observation research.

土地覆盖专题图提供的地表覆盖信息是全球地表观测研究的基础信息源和关键参量。为满足全球或大区域研究对低分辨率专题图的需求，本项目提出以信息熵为基础的升尺度方法，对其不确定性进行定量估算，构建升尺度专题图精度的信息评价模型。主要研究内容包括：（1）分析多尺度专题图像元类别决定的误差来源，确定与信息熵定量表达高度相关的因子，定量表达升尺度专题图像元级信息熵；（2）以不同尺度专题图像元信息熵计算结果为先验知识，分析并提出用于土地覆盖专题图升尺度效率评价的信息量评价模型，定量分析升尺度误差传递规律；（3）以不同景观特征的典型区域误差传递规律为先验知识，辅以遥感分类技术，定量分析升尺度信息量变化规律。进而构建降低升尺度误差的方法，提出不确定性信息定量估算方法。最终建立一套面向用户需求的高效准确的土地覆盖专题图升尺度及其不确定性估算方法。该项目为土地覆盖升尺度专题图的推广应用打下理论和实验基础。

升尺度土地覆盖专题图提供的地表覆盖信息是全球或区域地表观测研究的基础信息源和关键参量。采用中高分辨率土地覆盖产品生产低分辨率产品（升尺度）成为解决研究需求的关键技术手段。本项目立足解决当前面临的升尺度方法精度较低且不确定性无法定量化表达的关键瓶颈问题，从以下三方面进行了充分的研究。（1）探索景观特征与土地覆盖专题图升尺度误差传递规律之间的关系，定量化揭示了地表景观特征对专题图升尺度的精度影响及其误差空间分布规律。（2）以信息熵为理论基础，厘清升尺度信息表达不确定性传递规律，构建基于信息熵的土地覆盖专题图升尺度不确定性空间化定量评价方法。（3）结合遥感大数据，构建基于改进的U-Net深度学习网络模型进行多尺度土地覆盖制图方法。本项目较为系统的为土地覆盖专题图升尺度产品推广应用提供了科学依据。