基于Geo Eye-1立体像对影像提取建筑物高度的方法研究

在城市规划、公共管理、防灾减灾和导航等领域,高精度的城市建筑物三维信息发挥着重要作用。传统的建筑物高度信息获取方法具有成本较高、精度较低、时效性差的缺点。随着亚米级的高空间分辨率遥感卫星的发展和普及,基于遥感卫星立体像对数据反演建筑物高度信息的方法受到广泛关注。基于Geo Eye-1卫星数据,本文提出了一种自动化程度较高的建筑物高度信息提取方法。首先,利用有理函数模型对Geo Eye-1立体像对数据进行几何校正,生成数字表面模型;然后,基于多窗口滤波方法,在无须辅助数据的情况下,利用数字表面模型生成数字高程模型,通过叠置分析提取建筑物的高度信息;最后,根据建筑物轮廓数据绘制研究区建筑的高度分布图。研究结果表明,该方法在多种地表类型上提取出建筑物的高度信息具有较高的精度,具有操作简单、处理速度快等特点。     

结合像元级与对象级的滨海湿地变化检测方法

滨海湿地是动态且脆弱的生态系统,遥感变化检测技术为滨海湿地动态变化监测提供了有效手段。为解决像元级变化检测对配准误差敏感及其椒盐现象严重,对象级变化检测受分割参数影响较大且过程繁琐等问题,本文提出了显著图引导的结合像元级与对象级变化检测方法。首先,提取湿地亮度、归一化差异植被指数、归一化差异水体指数三个特征,得到特征差异影像;其次,利用最大对称环绕显著性检测算法生成显著图,采用结合模糊C均值和马尔可夫随机场方法对显著区域进行分割得到初始像元级变化检测结果;最后,在面向对象分割的基础上,通过构建对象的不确定性指数自适应选择训练样本,采用随机森林分类器进行分类得到最终变化检测结果。利用江苏盐城滨海湿地资源三号影像进行实验,结果表明,结合像元级与对象级方法的湿地变化检测总体精度为93.51%,与像元级、对象级方法相比,虚检率分别降低了29.04%和22.78%。     

基于图像分割的城市变化检测

利用遥感数据进行城市变化检测时,由于城市是包含建筑物、道路、绿地以及水体等多种地物类型的综合体,同时与农村居民地等地物类型具有相似的光谱特征,因此,传统的单纯基于光谱信息的变化检测方法很难取得理想的效果。将空间信息加入到变化检测中,可提高变化检测的精度,但常用的加入纹理的方法容易产生边缘效应。本文提出一种基于图像分割的变化检测方法,在该方法中使用一种基于组分的多尺度形态学梯度,具有对噪声不敏感、边缘不会变厚等优点;同时与现有方法进行比较。实验结果表明,该方法在加入图像空间信息的同时避免了加入纹理等空间信息所产生的边缘效应,能够有效地提高城市变化检测的精度。     

支持自动综合的多尺度三维建筑组织与管理

多尺度数据的有效组织与管理是实现三维建筑自动综合及多尺度应用的基础。本文对空间数据综合与多尺度表达数据管理方法的研究现状进行了分析。根据三维建筑自动综合的特点,本文提出了一种基于R树的多尺度三维建筑空间索引模型——GAMR树（Generalization Area Multi-representation R Tree）;对GAMR树的定义和结构进行了详细描述,设计了顾及GAMR树高度与所选长度阈值关联关系的索引构建方法。针对三维建筑特点,设计了一种支持多尺度区域对象完整查询的检索方法,并根据建筑特征的可辨性,实现了顾及视线角度对投影长度影响的三维建筑模型多尺度可视化方法。实验证明,GAMR树能很好地适用于三维建筑多尺度模型的组织与管理,对三维建筑几何模型的自动综合具有重要意义。     

IR-MAD算法的遥感影像变化检测方法研究

变化检测技术是遥感图像处理的研究热点之一。针对目前多元变化检测方法不能有效地去除波段间相关性且检测结果对噪声敏感等问题,在深入研究迭代加权多元变化检测算法原理的基础上对黄河入海口区域的Landsat影像进行变化检测试验,选择了变化剧烈的黄河河道进行精度评价。其中迭代加权多元变化检测方法检测精度高达76.8%,直接相减法精度为50.5%,主成分分析法精度为13.2%,与这两种传统检测算法相比具有明显的提高。研究表明,IR-MAD算法能够有效地去除噪声和去相关,且检测精度高,同时也具有人工干预少、执行效率高等显著优点。     

融合LiDAR数据与高分影像特征信息的建筑物提取方法

建筑物是城市环境中的主要地物类型,从高分影像等数据中自动提取建筑物对于提升土地利用变化检测、城市规划与土地执法等业务的质量与效率具有重要意义。本文针对现有建筑物提取方法存在的边界提取不精确的问题以及采用手工特征表达图像信息的局限性,融合LiDAR数据与高分影像两种数据源的特征信息,提出一种基于SegNet语义模型的建筑物提取新方法。首先,对LiDAR数据预处理得到数字表面模型（DSM）、数字地形模型（DTM）、归一化数字表面模型（nDSM）,利用高分影像NDVI值去除nDSM中部分树木点,得到结果影像nDSM_en;其次,分别获取LiDAR数据回波强度、表面曲率以及高分影像NDVI值 3个特征构建特征图像训练SegNet语义模型,利用训练得到的模型完成建筑物初始提取;最后,采用阈值法分割nDSM_en得到影像对象,利用影像对象约束建筑物初始提取结果,完成建筑物精提取。在以ISPRS 官方提供的标准数据集（数据采集的地理区域为德国Vaihingen,采集时间2008年7—8月）为样本的实验中,本文方法在像素层次的平均查全率、平均查准率和提取质量分别为96.4%、94.8%和91.7%;针对面积大于50 m ²的建筑物对象,上述3个指标均为100%。实验结果表明：本文提出与实现的建筑物提取方法更好地利用了反映建筑物与非建筑物本质差异的特征信息,有效地实现了2种数据源的相对优势互补,提高了建筑物的检测与提取精度。     

面向地理国情监测的变化检测与地表覆盖信息更新方法

常态化地理国情监测能够全面、动态地掌握地理国情信息及其变化,为经济建设和社会发展提供数据基础。地理国情普查成果是按照统一规范标准、经过内业解译和外业核查形成的矢量数据。如何在普查成果的基础上,利用多时相遥感影像实现变化信息提取与更新是地理国情监测的关键。针对地理国情普查成果的特点与监测需求,以多时相遥感影像处理分析为基础,构建了针对地理国情监测的变化检测方法体系,提出了像元—对象结合的多时相影像变化检测、基于对象实体统计分析的变化识别方法,实现了综合地理国情普查成果和遥感影像的地理国情变化检测与数据更新。基于像元—对象结合的多时相影像变化检测首先根据传统的变化矢量分析法提取基于像元的变化检测结果,再以地理国情普查的矢量对象为统计单元计算对象内变化像元的比例,以此判断该矢量对象是否发生了变化,并根据变化像元的比例计算其变化强度。基于对象实体统计分析的变化检测方法直接以地理国情矢量为对象进行特征提取和差异构造,再将差异影像进行阈值分割得到基于地理国情对象的变化检测图。最后,根据变化检测结果,对变化区域进行面向对象分割,并从上一期未变化区域选取训练样本训练分类器模型以得到变化区域的地表覆盖类型,将变化区域与未变化区域结合得到更新后的地理国情矢量图。选取江阴市地理国情普查成果和两期高分辨率遥感影像进行试验,结果表明本文提出的方法在准确提取和解释变化区域的同时,明显提高了变化检测和数据更新的效率,可用于常态化地理国情监测。     

结合三维边缘特征约束的网格模型优化方法

对于具有复杂几何结构特征的建筑物,三维网格模型重建结果易存在表面扭曲、边缘特征平滑的问题,无法较好地反映重建目标的真实信息。针对上述问题,本文提出一种结合三维边缘约束的网格模型优化方法。该方法以OpenMVS算法得到的初始网格为基础数据,利用变分原理构建能量函数,将网格模型优化问题转换为能量函数最小化问题。首先,从多视图像中提取三维边缘点,以三维边缘点构成的边缘轮廓来定位网格模型边缘区域;接着,利用灰度一致性测度构建数据项,利用顶点自身曲率构建平滑项,利用三维边缘轮廓约束构建附加约束项,将3个约束项构建为一个总体能量函数;最后,采用梯度下降法迭代求解总体能量函数最小值,将梯度变化量分配到网格模型的顶点上来驱动网格形变,以此优化模型。选取Strecha数据集中两个真实室外场景和ETH3D数据集中一个真实室内场景进行优化实验,使用ETH3D评估框架对实验结果进行评估。结果表明,经本文算法优化后的网格模型完整度和精度最高为89.76%、94.45%,本文算法在解决复杂几何结构建筑物模型边缘优化问题的基础上,提高了建筑物模型的准确程度。     

单镜头无人机在城市建筑物三维建模中的应用研究

基于消费级单镜头无人机构建城市建筑物三维模型,具有低成本、高效率、易操作等优势,能够较好地解决传统三维建模技术存在的工作量大、过程复杂、自动化程度低等问题。文章使用消费级单镜头无人机,通过设计"井"字型航线来获取城市建筑物倾斜影像数据,并在Smart3D软件环境下进行三维模型构建。     

室内三维点云与BIM集成的建筑施工进度监测方法

施工阶段是建筑生命周期的重要阶段,施工进度如果存在拖延会影响整个建筑工程项目的完成。传统的施工进度监测主要依靠人工方式进行实地检查记录,而项目施工现场的数据丰富,信息量大,只依靠人手工采集耗时耗力。因此提出一种室内三维点云与BIM集成的建筑施工进度监测方法。该方法首先通过BIM数据解析将BIM模型转化为三角网表达;其次手动选取BIM模型与三维点云间匹配点,采用最小二乘优化方法计算三维变换矩阵,实现两者的精确配准与融合;根据BIM组件语义进行门窗部件筛选并提取部件轮廓信息并填充均匀点云,最后采用三维点云变化检测方法对门窗部件的施工进度进行核查。以Revit数据与Geo SLAM系统采集的三维点云作为数据来源,对该方法进行了实验验证,实验结果显示该方法可实现建筑施工进度半自动核查。     

基于机载LiDAR点云的约束BSP模型重建方法

针对现有基于机载激光点云的建筑物重建方法自动化程度较低且建筑物外轮廓精度无法保证的问题,提出一种融合已有的高精度建筑物外轮廓测绘数据成果与机载雷达数据的建筑物重建方法。以及方法从建筑物点云数据获取、屋顶面分割、结构线检测、几何拓扑重建和模型生成的建筑物三维重建过程中的关键步骤。最后,通过实验验证各个步骤的有效性与可用性。     

基于对象BOW特征的高分辨率遥感影像变化检测方法

针对传统基于像素的变化检测方法的缺点,以及底层特征表现能力不足等问题,提出一种基于对象BOW特征的变化检测方法。首先,将经过预处理操作的两期影像进行波段组合得到组合后影像,再考虑地物光谱特征和几何空间信息对组合后影像进行多尺度分割,获得相对应的对象基元;同时,分别提取两幅影像的底层特征（包括影像各波段的均值和方差以及灰度图像的6种纹理特征）。其次,将对象视作文档,像素的特征向量视作单词,利用BOW模型构建影像对象的中层表达,即对象的BOW特征。最后,通过相似性度量算法比较相应对象的BOW特征,从而识别出影像上的变化区域。本文利用2组WorldView-2影像进行了检验,结果表明本文方法的变化检测结果较为完整,精度优于对比方法。本文方法基本能够满足变化检测的需求,为高分辨率遥感影像上的数据挖掘分析提供了有效的手段。     

融合网格注意力阀门和特征金字塔结构的高分辨率遥感影像建筑物提取

在高分辨率遥感影像中提取建筑物轮廓是地区基础建设信息统计的一项重要任务。适应性较强的深度学习方法已在建筑物提取研究中取得较大进展,受网络模型对影像特征表达的局限性,存在局部建筑轮廓边缘模糊的问题。本研究提出一种基于注意力的U型特征金字塔网络（AFP-Net）可以聚焦高分遥感影像中不同形态的建筑物结构,实现建筑物轮廓的高效提取。AFP-Net模型通过基于网格的注意力阀门Attention Gates模块抑制输入影像中的无关区域,凸出影像中建筑物的显性特征;通过特征金字塔注意力Feature Pyramid Attention模块增加高维特征图的感受野,减少采样中的细节损失。基于WHU建筑物数据集训练优化AFP-Net模型,测试结果表明AFP-Net模型能够较清晰地识别出建筑物轮廓,在预测性能上有更好的目视效果,在测试结果的总体精度和交并比上较U-Net模型分别提高0.67%和1.34%。结果表明,AFP-Net模型实现了高分遥感影像中建筑物提取的结果精度及预测性能的有效提升。     

一种三维模型的压平冗余简化方法

随着倾斜摄影测量三维建模技术的飞速发展及广泛应用,通常以倾斜摄影测量三维模型为基础,并在基础模型场景中融合其他不同数据类型的模型,如建筑信息模型。在倾斜摄影测量三维模型场景中直接添加其他模型会发生模型的混叠,导致拓扑错误并影响可视化效果。针对在同一地理空间范围内多类型三维模型同时加载出现的模型混叠问题,本文提出一种三维模型压平方法,通过对选定区域内三维模型格网进行投影变换,将模型映射到二维平面实现模型的消减,避免出现模型混叠;同时,为减轻系统在多类型三维模型场景中的渲染压力,提出一种投影平面栅格划分简化算法。结果表明,在保持压平可视化精度和效果的同时,实现了对压平区域倾斜摄影测量三维模型高度简化,加速了具有三维模型压平区域的场景渲染速度。     

基于房屋轮廓与纹理的三维建筑模型分层次聚类研究

目前三维建筑模型已广泛应用于城市规划,导航和虚拟地理环境等领域.不同细节的模型是LOD( Level of detail )技术的基础,由于三维模型的生产成本高昂,模型自动化简逐渐引起了学者的关注.三维模型化简包括单模型化简和多模型综合2方面,目前单个模型的化简研究比较多,而模型群组综合的研究仍然处于起步阶段.本文主要研究模型群组的聚类综合,提出一种基于房屋轮廓与纹理的分层次聚类算法:首先,基于房屋的底面轮廓构建约束Delaunay三角网,以道路为基准对三角网进行划分,通过可视分析构建初始的邻接图,使建筑群组分类符合城市形态学;其次,将房屋纹理引入三维模型群聚类的过程,使用SOM( Self-organizing Map )智能分类算法对纹理进行分析,然后分割邻接图;最后,以最邻近距离对邻接图构造最小生成树,并进行线性检测,将离散的建筑合并到已聚类的群组中,最终完成模型的合并.本文利用纹理辅助轮廓特征,实现三维建筑模型的聚类,符合人类的视觉习惯,实验结果证明了本文方法的有效性.     

Landsat时序变化检测综述

时序变化检测已成为当前Landsat数据主流的变化检测方法。本文从检测算法对比、时序数据构建和精度评价等方面对Landsat时序变化检测进行回顾和评述,进而提出Landsat时序变化检测当前所存在的问题,及其所面临的挑战。Landsat时序变化检测算法可大致归纳为轨迹拟合法、光谱-时间轨迹法、基于模型的方法3大类,这些算法大多基于森林扰动提出;变化检测常用指标有波段型、植被指数型、线性变换型、组合型4大类,每类指标的优势不同,可综合多类指标以更全面地检测不同扰动类型。尽管Landsat时序变化检测已取得长足发展,但仍然面临诸多挑战,其中最大挑战是缺少一致性的参考数据集进行变化检测精度评价。     

基于图分割的高分辨率遥感影像建筑物变化检测研究

建筑物是城市地理数据库中最容易发生变化和最需要更新的部分,其更新工作量巨大,因此开展对高分辨率遥感影像中的建筑物进行自动提取和变化检测研究具有重要的意义.本文以精确提取变化建筑物的位置和轮廓为目标,基于图分割提出一种高分辨率遥感影像建筑物变化检测方法.首先,将遥感影像中的每个像元映射成图的顶点,利用像元之间的距离阈值构造图的边,综合利用位置,灰度和边缘3种特征计算边的权值,将遥感影像的分割转化为图的分割,并用归一化图分割方法得到分割对象集合;然后,以长宽比和矩形度作为约束条件,对2期遥感影像中的分割对象集合进行筛选,提取建筑物对象;最后,根据2期影像中建筑物之间的空间,面积和格局关系识别建筑物的变化类型(包括新增,消失和改建),并对其进行可视化表达.为了验证本文方法的有效性,分别以深圳市的WorldView影像和北京市的QuickBird全色影像为数据源,从中选取13组具有代表性的子影像进行实验.结果表明,本文提出的方法对配准精度较低的影像组具有一定的适应性,容许的配准误差达到20个像元(10 m),平均查准率和平均查全率分别达到93.16%和87.90%.     

基于结构化场景的单幅图像建筑物三维重建

针对无法利用激光扫描或多张图像实现三维重建的已损或不复存在的建筑,本文提出了一种基于结构化场景的单张图像建筑物三维重建方法。该方法先基于RANSAC算法及最小距离法分别解算灭点直线和灭点;然后基于平行平面、包含平行信息的任意平面和包含垂直信息的任意平面的平面模型解算三维坐标。本文以现存某高校图书馆为例,重建了三维模型,并分析了模型精度。结果表明,重建误差最小为0,最大为5.8%,模型整体精度在1.9%左右,符合三维重建精度要求。在四川省白鹿领报修院教堂的三维重建应用中,建立了已损建筑物的三维模型,获得了较好的重建效果。该方法适用于包含平行、垂直、灭点和平面结构的建筑物场景,可得到建筑物三维几何线框模型,几何细节采用纹理映射替代,可应用于现存建筑和文化遗存遗址的三维重建。     

融合高度特征的高分遥感影像多尺度城市建筑类型分类

城市区域建筑类型信息在城市功能区识别、城市环境变量反演等应用领域具有重要作用。本文提出一种融合高分辨率遥感影像高度特征的多尺度城市建筑类型分类方法。首先利用语义分割模型识别高分辨影像中建筑和阴影对象;然后借助建筑对象及其阴影信息在卫星成像时的几何关系估算建筑高度;最后基于多尺度图像分析思想,提取一系列表征建筑对象的高度、空间结构、几何等多尺度特征,利用机器学习方法进行建筑类型分类,并进一步分析不同粒度的建筑类型分析单元对分类结果的影响。选取福州市主城区国产高分二号高分辨率影像进行实验验证。结果表明：① 基于所提方法的建筑类型分类总体精度达到82.98%, kappa系数为0.77,分类精度优于本文中未加入高度信息的分类方法和单一尺度分类方法;② 引入高度特征有效提高了中低层居民楼和高层商住两用建筑类型的分类精度,较未加入高度特征的分类结果,总体精度提高了11.28%;③ 融合多个尺度的图像特征可有效减少粘连建筑误分为密集型建筑的情况,较单一尺度分类方法,总体精度提高了2.77%。在精细的数字表面模型数据缺失下,利用高分辨影像阴影信息可为建筑物高度估计提供一种有效的策略,提高城市建筑类型分类精度。此外,融合多粒度图像特征可提升城市区域复杂建筑类型的表征能力,进而提高分类精度。     

Landsat-8影像的LDA模型变化检测

变化检测一直是遥感研究领域的热点,随着遥感技术的不断发展,新型数据源不断涌现,使传统遥感变化检测方法面临新的挑战。本文以Landsat-8影像为主要数据源,使用影像分割算法,设计2期遥感影像的文档-单词映射,将影像中所有的像元作为视觉单词,利用LDA模型将影像文档从单词空间转换到主题空间进行表达。在此基础上,结合实地调查对变化区域进行检测和验证,形成一套面向对象的LDA模型变化检测方法。研究表明：基于图斑的分析可有效消除以像元尺度进行变化检测产生的椒盐现象;利用LDA模型构建的变化检测方法能较好地实现影像文档特征的统一表达,有效去除2期影像相同地物因光谱差异导致的变化误检验;与差值法和波谱角等常规遥感变化检测方法相比,该方法能有效地减少错漏判,提高遥感影像变化检测的正确率,为中高分辨率遥感影像的变化检测提供新思路。