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科研进展丨科研人员在遥感农田地块精准提取方面取得研究进展

科研进展丨科研人员在遥感农田地块精准提取方面取得研究进展 长三角智慧农业研究院
2026-04-15
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农田地块是农业生产的基本单元,精准提取地块边界对精准农业管理至关重要。然而,传统方法在复杂农业景观中往往力不从心:不规则田块、碎片化分布、季节性植被遮挡……这些难题长期困扰着遥感领域的研究者。



近期,中国农业科学院等单位的研究团队在《Computers and Electronics in Agriculture》发表重要研究成果Achieving precise cropland parcel extraction from remote sensing images through integration of segment anything model and adaptive mask refinement,提出一种 SAM(Segment Anything Model)与自适应掩膜精化策略相结合的创新框架,在低监督条件下实现高精度、强泛化、大区域农田智能解译。

💡 方法创新:三大核心模块

研究团队研究团队设计了自适应掩膜精化策略,由三个模块协同工作:


📍模块一:自适应提示点模块

核心思路:用超像素(SLIC)替代均匀网格采样。

对比项
均匀网格采样
自适应提示点
提示点数量
减少15%
点级提取精度
一般
提升30%
GTC误差
基准
降低13%

将影像分割为均质超像素,在每个超像素内部选择距边界最远的像素作为提示点,确保点位于田块正中央,有效避免边界伪影。


📍模块二:重叠过滤模块

核心思路: 三轮迭代消除冗余掩膜。

  • 第1轮:消除大部分过分割伪影

  • 第2轮:提升勾画精度,减少残余误差

  • 第3轮:解决遗漏地块

经三轮迭代精化,正确提取地块数量增加15%,移除重叠掩膜后提取结果与真实情况高度吻合。


📍模块三:重叠过滤模块

核心思路: 50%切片重叠 + 拓扑一致性融合。

  • 相邻切片设置50%重叠区域

  • 区分"内部地块"与"边界地块"

  • 基于稳定性分数优先保留高质量地块

有效解决大范围制图中的边界断裂问题,确保农田地块的完整、连贯勾画。



📊 实验验证:七大区域跨国检验

研究选取了来自中国、美国、南非的7个代表性区域进行验证,覆盖了从大型规则地块到高度碎片化景观的各类情形。

🏆 与主流方法对比(铁岭区域)

 精确率、召回率、IoU、GTC四项指标均排名第一。

使用铁岭GF-2图像通过不同方法对耕地地块提取的准确率评估

📈 消融实验

农田地块提取的消融实验结果


🔑 关键发现

1️⃣ 季节选择很重要

播种期提取精度最高!此时植被稀疏,田块边界清晰可见(周口播种期IoU高达0.981)。

在不同生长期,通过所提出的方法对铁岭和周口地区耕地地块提取的评估

2️⃣ 分辨率适应性强

方法在 0.11 m ~ 10 m 的宽泛分辨率范围内均表现良好:

在不同空间分辨率下,利用SAM结合所提出方法对耕地地块提取的评估

3️⃣ 规则地块 vs 碎片化景观

  • 大型规则地块(如新疆昌吉):精确率0.941,IoU 0.928

  • 碎片化景观(如广东清远):精确率0.908,IoU 0.879

  • 即使在最具挑战性的碎片化区域,方法仍保持令人满意的精度

使用所提出方法在五个区域进行耕地地块提取的评估结果



🔑 关键发现

1️⃣ 季节选择很重要

播种期提取精度最高!此时植被稀疏,田块边界清晰可见(周口播种期IoU高达0.981)。

在不同生长期,通过所提出的方法对铁岭和周口地区耕地地块提取的评估

2️⃣ 分辨率适应性强

方法在 0.11 m ~ 10 m 的宽泛分辨率范围内均表现良好:

在不同空间分辨率下,利用SAM结合所提出方法对耕地地块提取的评估

3️⃣ 规则地块 vs 碎片化景观

  • 大型规则地块(如新疆昌吉):精确率0.941,IoU 0.928

  • 碎片化景观(如广东清远):精确率0.908,IoU 0.879

  • 即使在最具挑战性的碎片化区域,方法仍保持令人满意的精度

使用所提出方法在五个区域进行耕地地块提取的评估结果

🔑 关键发现

1️⃣ 季节选择很重要

播种期提取精度最高!此时植被稀疏,田块边界清晰可见(周口播种期IoU高达0.981)。

在不同生长期,通过所提出的方法对铁岭和周口地区耕地地块提取的评估

2️⃣ 分辨率适应性强

方法在 0.11 m ~ 10 m 的宽泛分辨率范围内均表现良好:

在不同空间分辨率下,利用SAM结合所提出方法对耕地地块提取的评估

3️⃣ 规则地块 vs 碎片化景观

  • 大型规则地块(如新疆昌吉):精确率0.941,IoU 0.928

  • 碎片化景观(如广东清远):精确率0.908,IoU 0.879

  • 即使在最具挑战性的碎片化区域,方法仍保持令人满意的精度

使用所提出方法在五个区域进行耕地地块提取的评估结果





本研究将 SAM 与农田空间结构先验深度融合,实现低标注、高精度、高效率农田地块提取,可为耕地调查、农田整治、作物估产、农业保险、跨境粮食监测提供核心技术支撑,显著降低遥感解译成本,推动大模型在耕地管理与智慧农业中工程化落地。

论文地址:https://doi.org/10.1016/j.compag.2025.111347

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长三角智慧农业研究院
依托中国农业科学院资源区划所、国家智慧农业科技创新联盟,研究院以“让农民成为令人向往的职业”为使命,致力于中国智慧农业引领者、国家智慧农业/数字乡村发展的智囊团、智慧农业标准制定者/解决方案提供者、智慧农业创新链和产业链融合的实践者。
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