【摘要】：近年來(lái),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(zhuǎn)移到城市,導(dǎo)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(yán)重浪費(fèi),制約了農(nóng)村居住環(huán)境的改善,阻礙了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。對(duì)空心村進(jìn)行整治研究是中國(guó)城鄉(xiāng)轉(zhuǎn)型期推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)和全面建設(shè)小康社會(huì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一,并且利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)快速獲取空心村建筑物信息對(duì)于空心村科學(xué)整治工作具有重要的促進(jìn)作用。本文針對(duì)現(xiàn)有空心村建筑物外業(yè)采集易受天氣影響、容易漏測(cè),內(nèi)業(yè)目視解譯效率低、工作量大等問(wèn)題,引入深度學(xué)習(xí)方法和無(wú)人機(jī)遙感等技術(shù)對(duì)空心村建筑物信息獲取的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。首先對(duì)無(wú)人機(jī)高分辨率遙感影像(Unmanned Aerial Vehicle High-resolution Remote Sensing Imagery,簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)人機(jī)高分影像)的預(yù)處理進(jìn)行了研究,為空心村建筑物的檢測(cè)與信息獲取提供了基礎(chǔ)影像數(shù)據(jù);其次對(duì)多種建筑物解譯模型進(jìn)行了分析,選取了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遷移學(xué)習(xí)方法構(gòu)建了空心村建筑物解譯模型。然后基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的解譯模型結(jié)合顯著性分析方法實(shí)現(xiàn)了小范圍空心村建筑物檢測(cè),基于遷移學(xué)習(xí)方法構(gòu)建的解譯模型結(jié)合多尺度分割技術(shù)實(shí)現(xiàn)了較大范圍空心村建筑物檢測(cè)。最后利用本文提出的建筑物檢測(cè)方法,結(jié)合無(wú)人機(jī)遙感和移動(dòng)GIS等技術(shù),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(gè)方面:1、針對(duì)無(wú)人機(jī)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(zhǔn)確且難以估算等問(wèn)題,提出了一種基于線性變換的非迭代算法求解無(wú)人機(jī)外方位角元素的方法。該方法無(wú)需進(jìn)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(shí)現(xiàn)了對(duì)POS數(shù)據(jù)的修正。并且,針對(duì)傳統(tǒng)遙感影像配準(zhǔn)中參考控制點(diǎn)存在誤差的問(wèn)題,提出了一種基于加權(quán)整體最小二乘(WTLS)的無(wú)人機(jī)影像配準(zhǔn)方法,通過(guò)引入WTLS來(lái)對(duì)多項(xiàng)式回歸系數(shù)進(jìn)行估計(jì),提高了圖像配準(zhǔn)精度。2、針對(duì)傳統(tǒng)目視解譯效率低工作量大等問(wèn)題,本文基于無(wú)人機(jī)高分影像構(gòu)建了空心村建筑物樣本庫(kù),引入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遷移學(xué)習(xí)方法分別構(gòu)建了空心村建筑物解譯模型。實(shí)驗(yàn)表明本文構(gòu)建的解譯模型分類(lèi)準(zhǔn)確度可以達(dá)到90%以上,能夠?qū)崿F(xiàn)空心村建筑物的準(zhǔn)確、高效解譯。3、提出了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的空心村建筑物檢測(cè)方法。首先,利用多尺度顯著性檢測(cè)獲取包含建筑物信息的顯著性區(qū)域,得到主要目標(biāo)并減弱其他無(wú)關(guān)目標(biāo)的干擾,降低了數(shù)據(jù)冗余。然后,通過(guò)滑動(dòng)窗口獲取顯著性區(qū)域內(nèi)目標(biāo)樣本塊,并將這些樣本塊輸入訓(xùn)練好的解譯模型進(jìn)行分類(lèi),實(shí)現(xiàn)了小范圍空心村建筑物檢測(cè),實(shí)驗(yàn)表明整體準(zhǔn)確率可以達(dá)到81%。4、針對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景下樣本不足的問(wèn)題,引入遷移學(xué)習(xí)機(jī)制提出了一種適用于較大范圍空心村建筑物的檢測(cè)方法。首先,采用面向?qū)ο蠓指罴夹g(shù)對(duì)無(wú)人機(jī)高分影像進(jìn)行分割,得到若干有意義的影像區(qū)域,然后結(jié)合遷移學(xué)習(xí)構(gòu)建的解譯模型和滑動(dòng)窗口對(duì)分割區(qū)域進(jìn)行分類(lèi),并對(duì)結(jié)果進(jìn)行標(biāo)記,實(shí)現(xiàn)了大范圍建筑物的檢測(cè)。最后,將移動(dòng)GIS技術(shù)、無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)與本文提出的建筑物檢測(cè)方法相結(jié)合,初步集成了一套空心村建筑物信息調(diào)查系統(tǒng),實(shí)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(guó)是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國(guó)、人口大國(guó)，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速發(fā)展，各地“一個(gè)人的村莊”、“老人村”，甚至“無(wú)人村”等現(xiàn)象越來(lái)越常見(jiàn)，空心村問(wèn)題日趨嚴(yán)重。由個(gè)體出現(xiàn)、擴(kuò)張，發(fā)展成為整個(gè)村域成片廢棄和整個(gè)村莊閑置，最終導(dǎo)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(dǎo)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(hù)、鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃與空心村的矛盾越來(lái)越凸顯[ 4, 5]。我國(guó)農(nóng)村居民點(diǎn)總建設(shè)用地比重達(dá) 56.3%，，全國(guó)有 21 個(gè)省份的農(nóng)村居民點(diǎn)用地比重超過(guò) 50%。全國(guó)城鄉(xiāng)人口數(shù)量大致為 1.33：1，而城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積為 1：4。農(nóng)村空心化導(dǎo)致農(nóng)村建設(shè)用地低效利用、閑置浪費(fèi)，還伴隨鄉(xiāng)村基礎(chǔ)設(shè)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(shù)路線
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：P237

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本文編號(hào)：2689491