Классификация с учителем

Пакет Classifier обрабатывает контролируемую классификацию с помощью традиционных алгоритмов машинного обучения, работающих в Earth Engine. К таким классификаторам относятся CART, RandomForest, NaiveBayes и SVM. Общий рабочий процесс классификации выглядит следующим образом:

  1. Сбор данных для обучения. Соберите объекты, у которых есть свойство, хранящее известную метку класса, и свойства, хранящие числовые значения для предикторов.
  2. Создайте экземпляр классификатора. При необходимости задайте его параметры.
  3. Обучите классификатор на основе данных для обучения.
  4. Классифицируйте изображение или набор объектов.
  5. Оценка ошибки классификации с помощью независимых данных проверки.

Данные для обучения – это FeatureCollection со свойством, в котором хранится ярлык класса, и свойствами, в которых хранятся переменные-предикторы. Метки классов должны быть последовательными целыми числами, начиная с 0. При необходимости используйте remap(), чтобы преобразовать значения классов в последовательные целые числа. Предикторы должны быть числовыми.

Данные для обучения и/или проверки могут поступать из различных источников. Чтобы собрать данные для обучения в интерактивном режиме в Earth Engine, можно использовать инструменты рисования геометрии (см. раздел об инструментах геометрии на странице редактора кода). Вы также можете импортировать готовые данные для обучения из таблицы Earth Engine (подробности см. на странице Импорт данных таблицы). Получите классификатор из одного из конструкторов в ee.Classifier. Обучите классификатор с помощью classifier.train(). Классифицировать Image или FeatureCollection с помощью classify(). В следующем примере используется классификатор CART (Classification and Regression Trees) (Breiman et al. 1984) для прогнозирования трех простых классов:

Редактор кода (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');

Настройка Python

Дополнительную информацию о Python API и использовании geemap для интерактивной разработки можно найти на странице Среда Python.

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

В этом примере точки обучения в таблице хранят только метку класса. Обратите внимание, что свойство training ('landcover') хранит последовательные целые числа, начиная с 0. При необходимости используйте remap() в таблице, чтобы преобразовать ярлыки классов в последовательные целые числа, начиная с нуля. Также обратите внимание на использование image.sampleRegions() для добавления предикторов в таблицу и создания набора данных для обучения. Чтобы обучить классификатор, укажите название свойства ярлыка класса и список свойств в таблице обучения, которые классификатор должен использовать для предикторов. Количество и порядок полос на изображении, которое нужно классифицировать, должны точно соответствовать порядку списка свойств, предоставленного classifier.train(). Используйте image.select(), чтобы схема классификатора соответствовала изображению.

Если данные для обучения представляют собой многоугольники, представляющие однородные регионы, каждый пиксель в каждом многоугольнике является точкой обучения. Вы можете использовать многоугольники для обучения, как показано в следующем примере:

Редактор кода (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');

Настройка Python

Дополнительную информацию о Python API и использовании geemap для интерактивной разработки можно найти на странице Среда Python.

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

В этом примере используется классификатор на основе метода опорных векторов (SVM) (Burges 1998). Обратите внимание, что модель SVM задается с помощью набора специальных параметров. Без априорной информации о физической природе задачи прогнозирования оптимальные параметры неизвестны. Рекомендации по выбору параметров для SVM можно найти в статье Hsu et al. (2003).

Режимы вывода классификатора

Метод ee.Classifier.setOutputMode() управляет форматом результатов контролируемой классификации, позволяя структурировать выходные данные несколькими различными способами:

  • CLASSIFICATION (по умолчанию). Выходные данные – номер класса.
  • REGRESSION – результат стандартной регрессии.
  • PROBABILITY – выходные данные представляют собой вероятность того, что классификация верна.
  • MULTIPROBABILITY – выходные данные представляют собой массив вероятностей того, что каждый класс является правильным, упорядоченный по классам.
  • RAW – выходные данные представляют собой массив внутреннего представления процесса классификации. Например, необработанные голоса в моделях с несколькими деревьями решений.
  • RAW_REGRESSION – выходные данные представляют собой массив внутреннего представления процесса регрессии. Например, необработанные прогнозы нескольких деревьев регрессии.

Поддержка этих режимов вывода может различаться. В таблице ниже приведены поддерживаемые режимы для каждого классификатора.

Классификатор КЛАССИФИКАЦИЯ РЕГРЕССИЯ PROBABILITY 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

Используйте setOutputMode() перед обучением классификатора, чтобы определить формат вывода. Например, вы можете настроить классификатор SVM в предыдущем блоке кода для вывода вероятности вместо меток классификации по умолчанию:

Редактор кода (JavaScript)

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

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

Настройка Python

Дополнительную информацию о Python API и использовании geemap для интерактивной разработки можно найти на странице Среда Python.

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)

Оценка точности

Чтобы оценить точность классификатора, используйте ConfusionMatrix (Stehman, 1997). В следующем примере используется sample() для создания обучающих и проверочных данных на основе референсного изображения MODIS и сравниваются матрицы ошибок, представляющие точность обучения и проверки:

Редактор кода (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');

Настройка Python

Дополнительную информацию о Python API и использовании geemap для интерактивной разработки можно найти на странице Среда Python.

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

В этом примере используется классификатор случайного леса (Breiman 2001) с 10 деревьями для уменьшения масштаба данных MODIS до разрешения Landsat. Метод sample() генерирует две случайные выборки из данных MODIS: одну для обучения, а другую для проверки. Выборка используется для обучения классификатора. Точность повторной подстановки для данных для обучения можно получить из classifier.confusionMatrix(). Чтобы получить точность проверки, классифицируйте данные проверки. В результате в объект проверки FeatureCollection будет добавлено свойство classification. Вызовите errorMatrix() для классифицированного FeatureCollection, чтобы получить матрицу неточностей, представляющую точность проверки (ожидаемую).

Проверьте выходные данные и убедитесь, что общая точность, рассчитанная на основе данных для обучения, намного выше, чем на основе данных для проверки. Точность, рассчитанная на основе данных для обучения, завышена, поскольку случайный лес "подогнан" под эти данные. Ожидаемая точность на неизвестных данных ниже, как показывает оценка на основе контрольных данных.

Вы также можете взять одну выборку и разделить ее с помощью метода randomColumn() для коллекций объектов. Продолжим предыдущий пример.

Редактор кода (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));

Настройка Python

Дополнительную информацию о Python API и использовании geemap для интерактивной разработки можно найти на странице Среда Python.

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))

Также убедитесь, что обучающие выборки не коррелируют с оценочными. Это может быть результатом пространственной автокорреляции прогнозируемого явления. Один из способов исключить выборки, которые могут быть коррелированы таким образом, – удалить выборки, которые находятся на некотором расстоянии от любых других выборок. Это можно сделать с помощью пространственного объединения:

Редактор кода (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());

Настройка Python

Дополнительную информацию о Python API и использовании geemap для интерактивной разработки можно найти на странице Среда Python.

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())

В предыдущем фрагменте обратите внимание, что для geometries задано значение true в sample(). Это необходимо, чтобы сохранить пространственную информацию о точках выборки, которая нужна для пространственного объединения. Обратите внимание, что для параметра tileScale задано значение 16. Это позволит избежать ошибки "Превышен лимит памяти пользователя".

Сохранение классификаторов

Обучение классификатора на большом объеме входных данных может быть невозможно в интерактивном режиме, поскольку входные данные слишком велики (>99 МБ) или обучение занимает слишком много времени (5 минут). Используйте Export.classifier.toAsset, чтобы запустить обучение классификатора в качестве пакетного задания, которое может выполняться дольше и использовать больше памяти. Классификаторы, обучение которых требует больших затрат, можно экспортировать и перезагружать, чтобы избежать необходимости повторного обучения.

Редактор кода (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
);

Настройка Python

Дополнительную информацию о Python API и использовании geemap для интерактивной разработки можно найти на странице Среда Python.

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()

Чтобы загрузить сохраненный классификатор, используйте алгоритм ee.Classifier.load(), укажите идентификатор экспортированного классификатора и используйте его так же, как и любой другой обученный классификатор.

Редактор кода (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');

Настройка Python

Дополнительную информацию о Python API и использовании geemap для интерактивной разработки можно найти на странице Среда Python.

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