Supervised Classification

Das Paket Classifier übernimmt die überwachte Klassifizierung durch herkömmliche ML-Algorithmen, die in Earth Engine ausgeführt werden. Zu diesen Klassifikatoren gehören CART, RandomForest, NaiveBayes und SVM. Der allgemeine Workflow für die Klassifizierung sieht so aus:

  1. Trainingsdaten erfassen Stellen Sie Features zusammen, die ein Attribut mit dem bekannten Klassenlabel und Attribute mit numerischen Werten für die Prädiktoren haben.
  2. Klassifikator instanziieren Legen Sie bei Bedarf die Parameter fest.
  3. Trainieren Sie den Klassifikator mit den Trainingsdaten.
  4. Bild- oder Feature-Sammlung klassifizieren
  5. Schätzen Sie den Klassifizierungsfehler mit unabhängigen Validierungsdaten.

Die Trainingsdaten sind ein FeatureCollection mit einem Attribut, in dem das Klassenlabel gespeichert ist, und Attributen, in denen Prädiktorvariablen gespeichert sind. Klassenlabels sollten aufeinanderfolgende Ganzzahlen sein, die mit 0 beginnen. Verwenden Sie bei Bedarf remap(), um Klassenwerte in aufeinanderfolgende Ganzzahlen zu konvertieren. Die Prädiktoren müssen numerisch sein.

Trainings- und/oder Validierungsdaten können aus verschiedenen Quellen stammen. Wenn Sie Trainingsdaten interaktiv in Earth Engine erfassen möchten, können Sie die Tools zum Zeichnen von Geometrien verwenden (siehe Abschnitt „Geometrie-Tools“ auf der Seite „Code-Editor“). Alternativ können Sie vordefinierte Trainingsdaten aus einem Earth Engine-Tabellen-Asset importieren. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite Tabellendaten importieren. Rufen Sie einen Klassifikator von einem der Konstruktoren in ee.Classifier ab. Trainieren Sie den Klassifikator mit classifier.train(). Image oder FeatureCollection mit classify() klassifizieren. Im folgenden Beispiel wird ein CART-Klassifikator (Classification and Regression Trees) (Breiman et al. 1984) verwendet, um drei einfache Klassen vorherzusagen:

Code-Editor (JavaScript)

// Define a function that scales and masks Landsat 8 surface reflectance images.
function prepSrL8(image) {
  // Develop masks for unwanted pixels (fill, cloud, cloud shadow).
  var qaMask = image.select('QA_PIXEL').bitwiseAnd(parseInt('11111', 2)).eq(0);
  var saturationMask = image.select('QA_RADSAT').eq(0);

  // Apply the scaling factors to the appropriate bands.
  var getFactorImg = function(factorNames) {
    var factorList = image.toDictionary().select(factorNames).values();
    return ee.Image.constant(factorList);
  };
  var scaleImg = getFactorImg([
    'REFLECTANCE_MULT_BAND_.|TEMPERATURE_MULT_BAND_ST_B10']);
  var offsetImg = getFactorImg([
    'REFLECTANCE_ADD_BAND_.|TEMPERATURE_ADD_BAND_ST_B10']);
  var scaled = image.select('SR_B.|ST_B10').multiply(scaleImg).add(offsetImg);

  // Replace original bands with scaled bands and apply masks.
  return image.addBands(scaled, null, true)
    .updateMask(qaMask).updateMask(saturationMask);
}

// Make a cloud-free Landsat 8 surface reflectance composite.
var image = ee.ImageCollection('LANDSAT/LC08/C02/T1_L2')
  .filterDate('2021-03-01', '2021-07-01')
  .map(prepSrL8)
  .median();

// Use these bands for prediction.
var bands = ['SR_B2', 'SR_B3', 'SR_B4', 'SR_B5',
             'SR_B6', 'SR_B7', 'ST_B10'];

// Load training points. The numeric property 'class' stores known labels.
var points = ee.FeatureCollection('GOOGLE/EE/DEMOS/demo_landcover_labels');

// This property stores the land cover labels as consecutive
// integers starting from zero.
var label = 'landcover';

// Overlay the points on the imagery to get training.
var training = image.select(bands).sampleRegions({
  collection: points,
  properties: [label],
  scale: 30
});

// Train a CART classifier with default parameters.
var trained = ee.Classifier.smileCart().train(training, label, bands);

// Classify the image with the same bands used for training.
var classified = image.select(bands).classify(trained);

// Display the inputs and the results.
Map.setCenter(-122.0877, 37.7880, 11);
Map.addLayer(image,
             {bands: ['SR_B4', 'SR_B3', 'SR_B2'], min: 0, max: 0.25},
             'image');
Map.addLayer(classified,
             {min: 0, max: 2, palette: ['orange', 'green', 'blue']},
             'classification');

Python einrichten

Weitere Informationen zur Python API und zur Verwendung von geemap für die interaktive Entwicklung finden Sie auf der Seite Python-Umgebung.

import ee
import geemap.core as geemap

Colab (Python)

# Define a function that scales and masks Landsat 8 surface reflectance images.
def prep_sr_l8(image):
  """Scales and masks Landsat 8 surface reflectance images."""
  # Develop masks for unwanted pixels (fill, cloud, cloud shadow).
  qa_mask = image.select('QA_PIXEL').bitwiseAnd(0b11111).eq(0)
  saturation_mask = image.select('QA_RADSAT').eq(0)

  # Apply the scaling factors to the appropriate bands.
  def _get_factor_img(factor_names):
    factor_list = image.toDictionary().select(factor_names).values()
    return ee.Image.constant(factor_list)

  scale_img = _get_factor_img([
      'REFLECTANCE_MULT_BAND_.|TEMPERATURE_MULT_BAND_ST_B10'])
  offset_img = _get_factor_img([
      'REFLECTANCE_ADD_BAND_.|TEMPERATURE_ADD_BAND_ST_B10'])
  scaled = image.select('SR_B.|ST_B10').multiply(scale_img).add(offset_img)

  # Replace original bands with scaled bands and apply masks.
  return image.addBands(scaled, None, True).updateMask(
      qa_mask).updateMask(saturation_mask)


# Make a cloud-free Landsat 8 surface reflectance composite.
l8_image = (
    ee.ImageCollection('LANDSAT/LC08/C02/T1_L2')
    .filterDate('2021-03-01', '2021-07-01')
    .map(prep_sr_l8)
    .median())

# Use these bands for prediction.
bands = ['SR_B2', 'SR_B3', 'SR_B4', 'SR_B5', 'SR_B6', 'SR_B7', 'ST_B10']

# Load training points. The numeric property 'class' stores known labels.
points = ee.FeatureCollection('GOOGLE/EE/DEMOS/demo_landcover_labels')

# This property stores the land cover labels as consecutive
# integers starting from zero.
label = 'landcover'

# Overlay the points on the imagery to get training.
training = l8_image.select(bands).sampleRegions(
    collection=points, properties=[label], scale=30
)

# Train a CART classifier with default parameters.
trained = ee.Classifier.smileCart().train(training, label, bands)

# Classify the image with the same bands used for training.
classified = l8_image.select(bands).classify(trained)

# Display the inputs and the results.
m = geemap.Map()
m.set_center(-122.0877, 37.7880, 11)
m.add_layer(
    l8_image,
    {'bands': ['SR_B4', 'SR_B3', 'SR_B2'], 'min': 0, 'max': 0.25},
    'image',
)
m.add_layer(
    classified,
    {'min': 0, 'max': 2, 'palette': ['orange', 'green', 'blue']},
    'classification',
)
m

In diesem Beispiel speichern die Trainingspunkte in der Tabelle nur das Klassenlabel. Beachten Sie, dass im Trainingsattribut ('landcover') aufeinanderfolgende Ganzzahlen ab 0 gespeichert werden. (Verwenden Sie bei Bedarf remap() für Ihre Tabelle, um Ihre Klassenlabels in aufeinanderfolgende Ganzzahlen ab 0 umzuwandeln.) Beachten Sie auch die Verwendung von image.sampleRegions(), um die Prädiktoren in die Tabelle aufzunehmen und ein Trainings-Dataset zu erstellen. Geben Sie zum Trainieren des Klassifikators den Namen des Klassenlabels und eine Liste der Attribute in der Trainingstabelle an, die der Klassifikator für die Prädiktoren verwenden soll. Die Anzahl und Reihenfolge der Bänder im zu klassifizierenden Bild muss genau mit der Reihenfolge der Attributliste übereinstimmen, die für classifier.train() bereitgestellt wird. Verwenden Sie image.select(), um sicherzustellen, dass das Klassifikatorschema mit dem Image übereinstimmt.

Wenn die Trainingsdaten Polygone sind, die homogene Regionen darstellen, ist jedes Pixel in jedem Polygon ein Trainingspunkt. Sie können Polygone für das Training verwenden, wie im folgenden Beispiel gezeigt:

Code-Editor (JavaScript)

// Define a function that scales and masks Landsat 8 surface reflectance images.
function prepSrL8(image) {
  // Develop masks for unwanted pixels (fill, cloud, cloud shadow).
  var qaMask = image.select('QA_PIXEL').bitwiseAnd(parseInt('11111', 2)).eq(0);
  var saturationMask = image.select('QA_RADSAT').eq(0);

  // Apply the scaling factors to the appropriate bands.
  var getFactorImg = function(factorNames) {
    var factorList = image.toDictionary().select(factorNames).values();
    return ee.Image.constant(factorList);
  };
  var scaleImg = getFactorImg([
    'REFLECTANCE_MULT_BAND_.|TEMPERATURE_MULT_BAND_ST_B10']);
  var offsetImg = getFactorImg([
    'REFLECTANCE_ADD_BAND_.|TEMPERATURE_ADD_BAND_ST_B10']);
  var scaled = image.select('SR_B.|ST_B10').multiply(scaleImg).add(offsetImg);

  // Replace original bands with scaled bands and apply masks.
  return image.addBands(scaled, null, true)
    .updateMask(qaMask).updateMask(saturationMask);
}

// Make a cloud-free Landsat 8 surface reflectance composite.
var image = ee.ImageCollection('LANDSAT/LC08/C02/T1_L2')
  .filterDate('2018-01-01', '2019-01-01')
  .map(prepSrL8)
  .median();

// Use these bands for prediction.
var bands = ['SR_B2', 'SR_B3', 'SR_B4', 'SR_B5',
             'SR_B6', 'SR_B7'];

// Manually created polygons.
var forest1 = ee.Geometry.Rectangle(-63.0187, -9.3958, -62.9793, -9.3443);
var forest2 = ee.Geometry.Rectangle(-62.8145, -9.206, -62.7688, -9.1735);
var nonForest1 = ee.Geometry.Rectangle(-62.8161, -9.5001, -62.7921, -9.4486);
var nonForest2 = ee.Geometry.Rectangle(-62.6788, -9.044, -62.6459, -8.9986);

// Make a FeatureCollection from the hand-made geometries.
var polygons = ee.FeatureCollection([
  ee.Feature(nonForest1, {'class': 0}),
  ee.Feature(nonForest2, {'class': 0}),
  ee.Feature(forest1, {'class': 1}),
  ee.Feature(forest2, {'class': 1}),
]);

// Get the values for all pixels in each polygon in the training.
var training = image.sampleRegions({
  // Get the sample from the polygons FeatureCollection.
  collection: polygons,
  // Keep this list of properties from the polygons.
  properties: ['class'],
  // Set the scale to get Landsat pixels in the polygons.
  scale: 30
});

// Create an SVM classifier with custom parameters.
var classifier = ee.Classifier.libsvm({
  kernelType: 'RBF',
  gamma: 0.5,
  cost: 10
});

// Train the classifier.
var trained = classifier.train(training, 'class', bands);

// Classify the image.
var classified = image.classify(trained);

// Display the classification result and the input image.
Map.setCenter(-62.836, -9.2399, 9);
Map.addLayer(image,
             {bands: ['SR_B4', 'SR_B3', 'SR_B2'], min: 0, max: 0.25},
             'image');
Map.addLayer(polygons, {color: 'yellow'}, 'training polygons');
Map.addLayer(classified,
             {min: 0, max: 1, palette: ['orange', 'green']},
             'deforestation');

Python einrichten

Weitere Informationen zur Python API und zur Verwendung von geemap für die interaktive Entwicklung finden Sie auf der Seite Python-Umgebung.

import ee
import geemap.core as geemap

Colab (Python)

# Define a function that scales and masks Landsat 8 surface reflectance images.
def prep_sr_l8(image):
  # Develop masks for unwanted pixels (fill, cloud, cloud shadow).
  qa_mask = image.select('QA_PIXEL').bitwiseAnd(0b11111).eq(0)
  saturation_mask = image.select('QA_RADSAT').eq(0)

  # Apply the scaling factors to the appropriate bands.
  def _get_factor_img(factor_names):
    factor_list = image.toDictionary().select(factor_names).values()
    return ee.Image.constant(factor_list)
  scale_img = _get_factor_img([
      'REFLECTANCE_MULT_BAND_.|TEMPERATURE_MULT_BAND_ST_B10'])
  offset_img = _get_factor_img([
      'REFLECTANCE_ADD_BAND_.|TEMPERATURE_ADD_BAND_ST_B10'])
  scaled = image.select('SR_B.|ST_B10').multiply(scale_img).add(offset_img)

  # Replace original bands with scaled bands and apply masks.
  return image.addBands(scaled, None, True).updateMask(
      qa_mask).updateMask(saturation_mask)


# Make a cloud-free Landsat 8 surface reflectance composite.
l8_image = (
    ee.ImageCollection('LANDSAT/LC08/C02/T1_L2')
    .filterDate('2018-01-01', '2019-01-01')
    .map(prep_sr_l8)
    .median())

# Use these bands for prediction.
bands = ['SR_B2', 'SR_B3', 'SR_B4', 'SR_B5', 'SR_B6', 'SR_B7']

# Manually created polygons.
forest1 = ee.Geometry.Rectangle(-63.0187, -9.3958, -62.9793, -9.3443)
forest2 = ee.Geometry.Rectangle(-62.8145, -9.206, -62.7688, -9.1735)
non_forest1 = ee.Geometry.Rectangle(-62.8161, -9.5001, -62.7921, -9.4486)
non_forest2 = ee.Geometry.Rectangle(-62.6788, -9.044, -62.6459, -8.9986)

# Make a FeatureCollection from the hand-made geometries.
polygons = ee.FeatureCollection([
    ee.Feature(non_forest1, {'class': 0}),
    ee.Feature(non_forest1, {'class': 0}),
    ee.Feature(forest1, {'class': 1}),
    ee.Feature(forest2, {'class': 1}),
])

# Get the values for all pixels in each polygon in the training.
training = l8_image.sampleRegions(
    # Get the sample from the polygons FeatureCollection.
    collection=polygons,
    # Keep this list of properties from the polygons.
    properties=['class'],
    # Set the scale to get Landsat pixels in the polygons.
    scale=30,
)

# Create an SVM classifier with custom parameters.
classifier = ee.Classifier.libsvm(kernelType='RBF', gamma=0.5, cost=10)

# Train the classifier.
trained = classifier.train(training, 'class', bands)

# Classify the image.
classified = l8_image.classify(trained)

# Display the classification result and the input image.
m = geemap.Map()
m.set_center(-62.836, -9.2399, 9)
m.add_layer(
    l8_image,
    {'bands': ['SR_B4', 'SR_B3', 'SR_B2'], 'min': 0, 'max': 0.25},
    'image',
)
m.add_layer(polygons, {'color': 'yellow'}, 'training polygons')
m.add_layer(
    classified,
    {'min': 0, 'max': 1, 'palette': ['orange', 'green']},
    'deforestation',
)
m

In diesem Beispiel wird ein Support Vector Machine-Klassifikator (SVM) verwendet (Burges 1998). Beachten Sie, dass die SVM mit einer Reihe von benutzerdefinierten Parametern angegeben wird. Ohne A-priori-Informationen über die physikalische Natur des Vorhersageproblems sind die optimalen Parameter unbekannt. Eine grobe Anleitung zur Auswahl von Parametern für eine SVM finden Sie unter Hsu et al. (2003).

Ausgabemodi des Klassifikators

Mit der Methode ee.Classifier.setOutputMode() wird das Format der Ergebnisse der überwachten Klassifizierung gesteuert. Die Ausgaben können auf verschiedene Arten strukturiert werden:

  • CLASSIFICATION (Standard): Die Ausgabe ist die Klassennummer.
  • REGRESSION: Die Ausgabe ist das Ergebnis einer Standardregression.
  • PROBABILITY: Die Ausgabe ist die Wahrscheinlichkeit, dass die Klassifizierung korrekt ist.
  • MULTIPROBABILITY: Die Ausgabe ist ein Array von Wahrscheinlichkeiten, dass jede Klasse korrekt ist, sortiert nach den gesehenen Klassen.
  • RAW: Die Ausgabe ist ein Array der internen Darstellung des Klassifizierungsprozesses. Beispiel: die Rohstimmen in Modellen mit mehreren Entscheidungsbäumen.
  • RAW_REGRESSION: Die Ausgabe ist ein Array der internen Darstellung des Regressionsprozesses. Beispiel: die Rohvorhersagen mehrerer Regressionsbäume.

Die Unterstützung für diese Ausgabemodi variiert. In der folgenden Tabelle sind die unterstützten Modi für jeden Klassifikator zusammengefasst.

Klassifikator KLASSIFIZIERUNG REGRESSION WAHRSCHEINLICHKEIT MULTIPROBABILITY RAW RAW_REGRESSION
ee.Classifier.amnhMaxent
ee.Classifier.minimumDistance
ee.Classifier.smileCart
ee.Classifier.smileGradientTreeBoost
ee.Classifier.smileKNN
ee.Classifier.smileNaiveBayes
ee.Classifier.smileRandomForest
ee.Classifier.libsvm C_SVC
ee.Classifier.libsvm NU_SVC
ee.Classifier.libsvm ONE_CLASS
ee.Classifier.libsvm EPSILON_SVR
ee.Classifier.libsvm NU_SVR

Verwenden Sie setOutputMode(), bevor Sie einen Klassifikator trainieren, um das Ausgabeformat zu definieren. Sie können beispielsweise den SVM-Klassifikator im vorherigen Codeblock so konfigurieren, dass er die Wahrscheinlichkeit anstelle der Standardklassifizierungs-Labels ausgibt:

Code-Editor (JavaScript)

var classifier = ee.Classifier.libsvm({
  kernelType: 'RBF',
  gamma: 0.5,
  cost: 10
}).setOutputMode('PROBABILITY');

var trained = classifier.train(training, 'class', bands);

Python einrichten

Weitere Informationen zur Python API und zur Verwendung von geemap für die interaktive Entwicklung finden Sie auf der Seite Python-Umgebung.

import ee
import geemap.core as geemap

Colab (Python)

classifier = ee.Classifier.libsvm(
    kernelType='RBF', gamma=0.5, cost=10
).setOutputMode('PROBABILITY')

trained = classifier.train(training, 'class', bands)

Genauigkeitsbewertung

Verwenden Sie eine ConfusionMatrix, um die Genauigkeit eines Klassifikators zu bewerten (Stehman 1997). Im folgenden Beispiel wird sample() verwendet, um Trainings- und Validierungsdaten aus einem MODIS-Referenzbild zu generieren. Außerdem werden Konfusionsmatrizen verglichen, die die Trainings- und Validierungsgenauigkeit darstellen:

Code-Editor (JavaScript)

// Define a region of interest.
var roi = ee.Geometry.BBox(-122.93, 36.99, -121.20, 38.16);

// Define a function that scales and masks Landsat 8 surface reflectance images.
function prepSrL8(image) {
  // Develop masks for unwanted pixels (fill, cloud, cloud shadow).
  var qaMask = image.select('QA_PIXEL').bitwiseAnd(parseInt('11111', 2)).eq(0);
  var saturationMask = image.select('QA_RADSAT').eq(0);

  // Apply the scaling factors to the appropriate bands.
  var getFactorImg = function(factorNames) {
    var factorList = image.toDictionary().select(factorNames).values();
    return ee.Image.constant(factorList);
  };
  var scaleImg = getFactorImg([
    'REFLECTANCE_MULT_BAND_.|TEMPERATURE_MULT_BAND_ST_B10']);
  var offsetImg = getFactorImg([
    'REFLECTANCE_ADD_BAND_.|TEMPERATURE_ADD_BAND_ST_B10']);
  var scaled = image.select('SR_B.|ST_B10').multiply(scaleImg).add(offsetImg);

  // Replace original bands with scaled bands and apply masks.
  return image.addBands(scaled, null, true)
    .updateMask(qaMask).updateMask(saturationMask);
}

// Make a cloud-free Landsat 8 surface reflectance composite.
var input = ee.ImageCollection('LANDSAT/LC08/C02/T1_L2')
    .filterBounds(roi)
    .filterDate('2020-03-01', '2020-07-01')
    .map(prepSrL8)
    .median()
    .setDefaultProjection('EPSG:4326', null, 30)
    .select(['SR_B2', 'SR_B3', 'SR_B4', 'SR_B5', 'SR_B6', 'SR_B7']);

// Use MODIS land cover, IGBP classification, for training.
var modis = ee.Image('MODIS/061/MCD12Q1/2020_01_01')
    .select('LC_Type1');

// Sample the input imagery to get a FeatureCollection of training data.
var training = input.addBands(modis).sample({
  region: roi,
  numPixels: 5000,
  seed: 0
});

// Make a Random Forest classifier and train it.
var classifier = ee.Classifier.smileRandomForest(10)
    .train({
      features: training,
      classProperty: 'LC_Type1',
      inputProperties: ['SR_B2', 'SR_B3', 'SR_B4', 'SR_B5', 'SR_B6', 'SR_B7']
    });

// Classify the input imagery.
var classified = input.classify(classifier);

// Get a confusion matrix representing resubstitution accuracy.
var trainAccuracy = classifier.confusionMatrix();
print('Resubstitution error matrix: ', trainAccuracy);
print('Training overall accuracy: ', trainAccuracy.accuracy());

// Sample the input with a different random seed to get validation data.
var validation = input.addBands(modis).sample({
  region: roi,
  numPixels: 5000,
  seed: 1
  // Filter the result to get rid of any null pixels.
}).filter(ee.Filter.notNull(input.bandNames()));

// Classify the validation data.
var validated = validation.classify(classifier);

// Get a confusion matrix representing expected accuracy.
var testAccuracy = validated.errorMatrix('LC_Type1', 'classification');
print('Validation error matrix: ', testAccuracy);
print('Validation overall accuracy: ', testAccuracy.accuracy());

// Define a palette for the IGBP classification.
var igbpPalette = [
  '152106', '225129', '369b47', '30eb5b', '387242', // forest
  '6a2325', 'c3aa69', 'b76031', 'd9903d', '91af40',  // shrub, grass
  '111149', // wetlands
  'cdb33b', // croplands
  'cc0013', // urban
  '33280d', // crop mosaic
  'd7cdcc', // snow and ice
  'f7e084', // barren
  'aec3d4'  // water
];

// Display the input and the classification.
Map.centerObject(roi, 10);
Map.addLayer(input.clip(roi),
             {bands: ['SR_B4', 'SR_B3', 'SR_B2'], min: 0, max: 0.25},
             'landsat');
Map.addLayer(classified.clip(roi),
             {palette: igbpPalette, min: 1, max: 17},
             'classification');

Python einrichten

Weitere Informationen zur Python API und zur Verwendung von geemap für die interaktive Entwicklung finden Sie auf der Seite Python-Umgebung.

import ee
import geemap.core as geemap

Colab (Python)

# Define a region of interest.
roi = ee.Geometry.BBox(-122.93, 36.99, -121.20, 38.16)

# Define a function that scales and masks Landsat 8 surface reflectance images.
def prep_sr_l8(image):
  """Scales and masks Landsat 8 surface reflectance images."""
  # Develop masks for unwanted pixels (fill, cloud, cloud shadow).
  qa_mask = image.select('QA_PIXEL').bitwiseAnd(0b1111).eq(0)
  saturation_mask = image.select('QA_RADSAT').eq(0)

  # Apply the scaling factors to the appropriate bands.
  def _get_factor_img(factor_names):
    factor_list = image.toDictionary().select(factor_names).values()
    return ee.Image.constant(factor_list)

  scale_img = _get_factor_img([
      'REFLECTANCE_MULT_BAND_.|TEMPERATURE_MULT_BAND_ST_B10'])
  offset_img = _get_factor_img([
      'REFLECTANCE_ADD_BAND_.|TEMPERATURE_ADD_BAND_ST_B10'])
  scaled = image.select('SR_B.|ST_B10').multiply(scale_img).add(offset_img)

  # Replace original bands with scaled bands and apply masks.
  return image.addBands(scaled, None, True).updateMask(
      qa_mask).updateMask(saturation_mask)


# Make a cloud-free Landsat 8 surface reflectance composite.
input_image = (
    ee.ImageCollection('LANDSAT/LC08/C02/T1_L2')
    .filterBounds(roi)
    .filterDate('2020-03-01', '2020-07-01')
    .map(prep_sr_l8)
    .median()
    .setDefaultProjection('EPSG:4326', None, 30)
    .select(['SR_B2', 'SR_B3', 'SR_B4', 'SR_B5', 'SR_B6', 'SR_B7'])
)

# Use MODIS land cover, IGBP classification, for training.
modis = ee.Image('MODIS/061/MCD12Q1/2020_01_01').select('LC_Type1')

# Sample the input imagery to get a FeatureCollection of training data.
training = input_image.addBands(modis).sample(
    region=roi, numPixels=5000, seed=0
)

# Make a Random Forest classifier and train it.
classifier = ee.Classifier.smileRandomForest(10).train(
    features=training,
    classProperty='LC_Type1',
    inputProperties=['SR_B2', 'SR_B3', 'SR_B4', 'SR_B5', 'SR_B6', 'SR_B7'],
)

# Classify the input imagery.
classified = input_image.classify(classifier)

# Get a confusion matrix representing resubstitution accuracy.
train_accuracy = classifier.confusionMatrix()
display('Resubstitution error matrix:', train_accuracy)
display('Training overall accuracy:', train_accuracy.accuracy())

# Sample the input with a different random seed to get validation data.
validation = (
    input_image.addBands(modis)
    .sample(
        region=roi,
        numPixels=5000,
        seed=1,
        # Filter the result to get rid of any null pixels.
    )
    .filter(ee.Filter.notNull(input_image.bandNames()))
)

# Classify the validation data.
validated = validation.classify(classifier)

# Get a confusion matrix representing expected accuracy.
test_accuracy = validated.errorMatrix('LC_Type1', 'classification')
display('Validation error matrix:', test_accuracy)
display('Validation overall accuracy:', test_accuracy.accuracy())

# Define a palette for the IGBP classification.
igbp_palette = [
    '152106', '225129', '369b47', '30eb5b', '387242',  # forest
    '6a2325', 'c3aa69', 'b76031', 'd9903d', '91af40',  # shrub, grass
    '111149',  # wetlands
    'cdb33b',  # croplands
    'cc0013',  # urban
    '33280d',  # crop mosaic
    'd7cdcc',  # snow and ice
    'f7e084',  # barren
    'aec3d4'   # water
]

# Display the input and the classification with geemap in a notebook.
m = geemap.Map()
m.center_object(roi, 10)
m.add_layer(
    input_image.clip(roi),
    {'bands': ['SR_B4', 'SR_B3', 'SR_B2'], 'min': 0, 'max': 0.25},
    'landsat',
)
m.add_layer(
    classified.clip(roi),
    {'palette': igbp_palette, 'min': 1, 'max': 17},
    'classification',
)
m

In diesem Beispiel wird ein Random Forest-Klassifikator (Breiman 2001) mit 10 Bäumen verwendet, um MODIS-Daten auf Landsat-Auflösung herunterzuskalieren. Die Methode sample() generiert zwei Zufallsstichproben aus den MODIS-Daten: eine für das Training und eine für die Validierung. Die Trainingsstichprobe wird zum Trainieren des Klassifikators verwendet. Sie können die Resubstitutionsgenauigkeit für die Trainingsdaten von classifier.confusionMatrix() abrufen. Klassifizieren Sie die Validierungsdaten, um die Validierungsgenauigkeit zu erhalten. Dadurch wird der Validierung FeatureCollection ein classification-Attribut hinzugefügt. Rufen Sie errorMatrix() für die klassifizierte FeatureCollection auf, um eine Wahrheitsmatrix zu erhalten, die die Validierungsgenauigkeit (erwartete Genauigkeit) darstellt.

Prüfen Sie die Ausgabe, um festzustellen, dass die anhand der Trainingsdaten geschätzte Gesamtgenauigkeit viel höher ist als die der Validierungsdaten. Die anhand von Trainingsdaten geschätzte Genauigkeit ist eine Überschätzung, da der Random Forest an die Trainingsdaten „angepasst“ wird. Die erwartete Genauigkeit bei unbekannten Daten ist geringer, wie die Schätzung aus den Validierungsdaten zeigt.

Sie können auch eine einzelne Stichprobe nehmen und sie mit der Methode randomColumn() für Feature-Sammlungen partitionieren. Fortsetzung des vorherigen Beispiels:

Code-Editor (JavaScript)

var sample = input.addBands(modis).sample({
  region: roi,
  numPixels: 5000,
  seed: 0
});

// The randomColumn() method will add a column of uniform random
// numbers in a column named 'random' by default.
sample = sample.randomColumn();

var split = 0.7;  // Roughly 70% training, 30% testing.
var training = sample.filter(ee.Filter.lt('random', split));
var validation = sample.filter(ee.Filter.gte('random', split));

Python einrichten

Weitere Informationen zur Python API und zur Verwendung von geemap für die interaktive Entwicklung finden Sie auf der Seite Python-Umgebung.

import ee
import geemap.core as geemap

Colab (Python)

sample = input_image.addBands(modis).sample(region=roi, numPixels=5000, seed=0)

# The randomColumn() method will add a column of uniform random
# numbers in a column named 'random' by default.
sample = sample.randomColumn()

split = 0.7  # Roughly 70% training, 30% testing.
training = sample.filter(ee.Filter.lt('random', split))
validation = sample.filter(ee.Filter.gte('random', split))

Außerdem sollten Sie darauf achten, dass die Trainingsbeispiele nicht mit den Bewertungsbeispielen korrelieren. Dies kann auf eine räumliche Autokorrelation des vorhergesagten Phänomens zurückzuführen sein. Eine Möglichkeit, Stichproben auszuschließen, die auf diese Weise korreliert sein könnten, besteht darin, Stichproben zu entfernen, die sich in einer bestimmten Entfernung zu anderen Stichproben befinden. Dies kann mit einem räumlichen Join erreicht werden:

Code-Editor (JavaScript)

// Sample the input imagery to get a FeatureCollection of training data.
var sample = input.addBands(modis).sample({
  region: roi,
  numPixels: 5000,
  seed: 0,
  geometries: true,
  tileScale: 16
});

// The randomColumn() method will add a column of uniform random
// numbers in a column named 'random' by default.
sample = sample.randomColumn();

var split = 0.7;  // Roughly 70% training, 30% testing.
var training = sample.filter(ee.Filter.lt('random', split));
print('Training size:', training.size());
var validation = sample.filter(ee.Filter.gte('random', split));

// Spatial join.
var distFilter = ee.Filter.withinDistance({
  distance: 1000,
  leftField: '.geo',
  rightField: '.geo',
  maxError: 10
});

var join = ee.Join.inverted();

// Apply the join.
training = join.apply(training, validation, distFilter);
print('Training size after spatial filtering:', training.size());

Python einrichten

Weitere Informationen zur Python API und zur Verwendung von geemap für die interaktive Entwicklung finden Sie auf der Seite Python-Umgebung.

import ee
import geemap.core as geemap

Colab (Python)

# Sample the input imagery to get a FeatureCollection of training data.
sample = input_image.addBands(modis).sample(
    region=roi, numPixels=5000, seed=0, geometries=True, tileScale=16
)

# The randomColumn() method will add a column of uniform random
# numbers in a column named 'random' by default.
sample = sample.randomColumn()

split = 0.7  # Roughly 70% training, 30% testing.
training = sample.filter(ee.Filter.lt('random', split))
display('Training size:', training.size())
validation = sample.filter(ee.Filter.gte('random', split))

# Spatial join.
dist_filter = ee.Filter.withinDistance(
    distance=1000, leftField='.geo', rightField='.geo', maxError=10
)

join = ee.Join.inverted()

# Apply the join.
training = join.apply(training, validation, dist_filter)
display('Training size after spatial filtering:', training.size())

Im vorherigen Snippet ist geometries in sample() auf true festgelegt. So bleiben die räumlichen Informationen der Stichprobenpunkte erhalten, die für einen räumlichen Join erforderlich sind. tileScale ist auf 16 festgelegt. So wird der Fehler „User memory limit exceeded“ (Nutzer-Speicherlimit überschritten) vermieden.

Klassifikatoren speichern

Das interaktive Trainieren eines Klassifikators mit einer großen Menge an Eingabedaten ist möglicherweise nicht möglich, weil die Eingabe zu groß ist (> 99 MB) oder das Training zu lange dauert (5 Minuten). Verwenden Sie Export.classifier.toAsset, um das Klassifikatortraining als Batchjob auszuführen. Dabei kann es länger mit mehr Arbeitsspeicher ausgeführt werden. Klassifikatoren, deren Training teuer ist, können exportiert und neu geladen werden, um ein erneutes Training zu vermeiden.

Code-Editor (JavaScript)

// Using the random forest classifier defined earlier, export the random
// forest classifier as an Earth Engine asset.
var classifierAssetId = 'projects/<PROJECT-ID>/assets/upscaled_MCD12Q1_random_forest';
Export.classifier.toAsset(
  classifier,
  'Saved-random-forest-IGBP-classification',
  classifierAssetId
);

Python einrichten

Weitere Informationen zur Python API und zur Verwendung von geemap für die interaktive Entwicklung finden Sie auf der Seite Python-Umgebung.

import ee
import geemap.core as geemap

Colab (Python)

# Using the random forest classifier defined earlier, export the random
# forest classifier as an Earth Engine asset.
classifier_asset_id = (
    'projects/<PROJECT-ID>/assets/upscaled_MCD12Q1_random_forest'
)
task = ee.batch.Export.classifier.toAsset(
    classifier, 'Saved-random-forest-IGBP-classification', classifier_asset_id
)
task.start()

Verwenden Sie zum Laden des gespeicherten Klassifikators den Algorithmus ee.Classifier.load(), geben Sie die ID des exportierten Klassifikators an und verwenden Sie ihn wie jeden anderen trainierten Klassifikator.

Code-Editor (JavaScript)

// Once the classifier export finishes, we can load our saved classifier.
var savedClassifier = ee.Classifier.load(classifierAssetId);
// We can perform classification just as before with the saved classifier now.
var classified = input.classify(savedClassifier);
Map.addLayer(classified.clip(roi),
             {palette: igbpPalette, min: 1, max: 17},
             'classification');

Python einrichten

Weitere Informationen zur Python API und zur Verwendung von geemap für die interaktive Entwicklung finden Sie auf der Seite Python-Umgebung.

import ee
import geemap.core as geemap

Colab (Python)

# Once the classifier export finishes, we can load our saved classifier.
saved_classifier = ee.Classifier.load(classifier_asset_id)
# We can perform classification just as before with the saved classifier now.
classified = input_image.classify(saved_classifier)

m = geemap.Map()
m.center_object(roi, 10)
m.add_layer(
    classified.clip(roi),
    {'palette': igbp_palette, 'min': 1, 'max': 17},
    'classification',
)
m