【摘要】：近年來,隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,近郊區(qū)農(nóng)村人口、資金等要素逐漸由農(nóng)村轉移到城市,導致農(nóng)村出現(xiàn)大量閑置、廢棄建筑物,農(nóng)村聚落由“空心化”現(xiàn)象逐漸演化成較大范圍的空心村。空心村的出現(xiàn)造成了土地資源的嚴重浪費,制約了農(nóng)村居住環(huán)境的改善,阻礙了農(nóng)村經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。對空心村進行整治研究是中國城鄉(xiāng)轉型期推進新農(nóng)村建設和全面建設小康社會的關鍵問題之一,并且利用無人機遙感技術快速獲取空心村建筑物信息對于空心村科學整治工作具有重要的促進作用。本文針對現(xiàn)有空心村建筑物外業(yè)采集易受天氣影響、容易漏測,內(nèi)業(yè)目視解譯效率低、工作量大等問題,引入深度學習方法和無人機遙感等技術對空心村建筑物信息獲取的關鍵技術進行了深入研究。首先對無人機高分辨率遙感影像(Unmanned Aerial Vehicle High-resolution Remote Sensing Imagery,簡稱無人機高分影像)的預處理進行了研究,為空心村建筑物的檢測與信息獲取提供了基礎影像數(shù)據(jù);其次對多種建筑物解譯模型進行了分析,選取了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡與遷移學習方法構建了空心村建筑物解譯模型。然后基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡構建的解譯模型結合顯著性分析方法實現(xiàn)了小范圍空心村建筑物檢測,基于遷移學習方法構建的解譯模型結合多尺度分割技術實現(xiàn)了較大范圍空心村建筑物檢測。最后利用本文提出的建筑物檢測方法,結合無人機遙感和移動GIS等技術,初步集成了一套空心村建筑物信息調(diào)查系統(tǒng)。本論文的主要研究工作及創(chuàng)新性成果有以下幾個方面:1、針對無人機自帶的姿態(tài)參數(shù)(POS)數(shù)據(jù)精度不高、原始影像外方位元素不夠準確且難以估算等問題,提出了一種基于線性變換的非迭代算法求解無人機外方位角元素的方法。該方法無需進行最小二乘迭代就可以求解出較高精度的外方位角元素,實現(xiàn)了對POS數(shù)據(jù)的修正。并且,針對傳統(tǒng)遙感影像配準中參考控制點存在誤差的問題,提出了一種基于加權整體最小二乘(WTLS)的無人機影像配準方法,通過引入WTLS來對多項式回歸系數(shù)進行估計,提高了圖像配準精度。2、針對傳統(tǒng)目視解譯效率低工作量大等問題,本文基于無人機高分影像構建了空心村建筑物樣本庫,引入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡和遷移學習方法分別構建了空心村建筑物解譯模型。實驗表明本文構建的解譯模型分類準確度可以達到90%以上,能夠?qū)崿F(xiàn)空心村建筑物的準確、高效解譯。3、提出了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的空心村建筑物檢測方法。首先,利用多尺度顯著性檢測獲取包含建筑物信息的顯著性區(qū)域,得到主要目標并減弱其他無關目標的干擾,降低了數(shù)據(jù)冗余。然后,通過滑動窗口獲取顯著性區(qū)域內(nèi)目標樣本塊,并將這些樣本塊輸入訓練好的解譯模型進行分類,實現(xiàn)了小范圍空心村建筑物檢測,實驗表明整體準確率可以達到81%。4、針對復雜場景下樣本不足的問題,引入遷移學習機制提出了一種適用于較大范圍空心村建筑物的檢測方法。首先,采用面向?qū)ο蠓指罴夹g對無人機高分影像進行分割,得到若干有意義的影像區(qū)域,然后結合遷移學習構建的解譯模型和滑動窗口對分割區(qū)域進行分類,并對結果進行標記,實現(xiàn)了大范圍建筑物的檢測。最后,將移動GIS技術、無人機遙感技術與本文提出的建筑物檢測方法相結合,初步集成了一套空心村建筑物信息調(diào)查系統(tǒng),實現(xiàn)了空心村建筑物信息的快速采集與管理。
【圖文】：

1.1 研究背景及意義中國是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國、人口大國，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速發(fā)展，各地“一個人的村莊”、“老人村”，甚至“無人村”等現(xiàn)象越來越常見，空心村問題日趨嚴重。由個體出現(xiàn)、擴張，發(fā)展成為整個村域成片廢棄和整個村莊閑置，最終導致了大量空心村的產(chǎn)生[ 1, 2]。鄉(xiāng)村土地使用管理及監(jiān)管制度的不完善，土地利用效率低下，生活、居住水平差異導致拆舊建新和新地建新的成本差異，加之鄉(xiāng)村傳統(tǒng)觀念等因素是空心村形成的主要原因[ 3]。伴隨著大量空心村的產(chǎn)生，土地保護、鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃與空心村的矛盾越來越凸顯[ 4, 5]。我國農(nóng)村居民點總建設用地比重達 56.3%，，全國有 21 個省份的農(nóng)村居民點用地比重超過 50%。全國城鄉(xiāng)人口數(shù)量大致為 1.33：1，而城鄉(xiāng)建設用地面積為 1：4。農(nóng)村空心化導致農(nóng)村建設用地低效利用、閑置浪費，還伴隨鄉(xiāng)村基礎設施空心化、產(chǎn)業(yè)空心化，影響鄉(xiāng)村人民居住環(huán)境[ 6, 7]。

本文技術路線
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P237

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本文編號：2689491