發(fā)布時間：2020-10-29 23:16

　　 不透水面的空間分布及幾何形狀與城市的發(fā)展規(guī)劃及環(huán)境保護息息相關(guān)。近幾十年來,航空航天技術(shù)發(fā)展迅速的同時也為城市不透水面提取提供更多的可能。本文以卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例探討了深度學習模型應(yīng)用于哨兵二號衛(wèi)星遙感影像的不透水面提取的可行性,研究不同復雜度的模型對不透水面提取的泛化能力。而后對不同區(qū)域的不透水面的空間異質(zhì)性即空間分布、材料特性及光譜特性進行分析。最后將分析結(jié)果應(yīng)用于傳統(tǒng)指數(shù)方法,將傳統(tǒng)指數(shù)與不透水面提取模型相結(jié)合,實現(xiàn)不透水面提取。本文主要內(nèi)容可以下三個部分:(1)基于深度學習的不透水面提取可行性分析。本文以卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例,介紹深度學習模型實現(xiàn)的理論基礎(chǔ),并且通過搭建不同復雜度的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,分析不同復雜度的模型的不透水面提取精度。本實驗不僅通過比較這些模型之間的性能差異得到最適合于這項工作的模型,而且還揭示了深度學習模型用于不透水面提取的可行性。(2)不同區(qū)域的不透水面空間異質(zhì)性及光譜特征分析。本文的研究區(qū)域有三個,分別是不透水面稀疏區(qū)域、中等區(qū)域及密集區(qū)域。通過對不同區(qū)域的不透水面的分布特征及材料特性進行了研究分類,分析各類地表覆蓋面對不同波段的光譜反射值,討論了不同波段對于提取不同區(qū)域不透水面的可行性。(3)傳統(tǒng)指數(shù)與深度學習模型結(jié)合。本文將城市地表覆蓋面分為三類,不透水面、透水面及水體。本文通過對不透水面的光譜特性進行分析,對原有水體指數(shù)及建筑物指數(shù)加以改進,再分別與不同區(qū)域的這三類覆蓋面的常用指數(shù)進行對比,比較每一類覆蓋面的指數(shù)的類間均值差異。最后,采用改進后的水體指數(shù)、改進后的建筑物指數(shù)及垂直不透水面指數(shù)與原始波段結(jié)合,共同組成卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入,比較不同指數(shù)與波段結(jié)合后的輸入的整體精度。實驗證明了深度學習模型在不透水面提取任務(wù)中的具有可行性的同時,也表明采用不同地類指數(shù)與原始波段共同組成新的特征輸入可以提高深度學習模型的精度。
【學位單位】：中國地質(zhì)大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：P237
【部分圖文】：

中國地質(zhì)大學（北京）碩士學位論文7調(diào)整模型隱藏層參數(shù)數(shù)量實現(xiàn)模型的復雜度調(diào)整，并進行對比實驗，比較模型復雜度對于模型精度的影響。第四章分別對不同區(qū)域的不透水面類別及特性進行分析，并比較不同地類在不同波段上的光譜特性。第五章對不同地類的指數(shù)進行分析比較，并根據(jù)上文的不同地類光譜特性對指數(shù)進行簡單調(diào)整。隨后，通過實驗驗證不同指數(shù)與原始波段組合輸入對于不透水面提取模型的整體精度的影響。最后一章，根據(jù)本文實驗遇到的問題及不足進行總結(jié)以及對該研究方向的展望。圖1-1文章章節(jié)結(jié)構(gòu)流程圖

研究區(qū)域與數(shù)據(jù)介紹82研究區(qū)域與數(shù)據(jù)介紹2.1研究區(qū)域介紹本文的研究區(qū)域為中國首都北京。北京市位于中國北方，與天津相鄰，被河北省環(huán)繞，總面積約為1.6萬平方公里。北京地處華北平原的北部，靠近渤海海灣。它的氣候特點是夏季高溫而多雨，冬季較為寒冷并且非常干燥，春、秋季節(jié)較短，是典型的溫帶大陸型氣候，年平均氣溫為12.3度。1978年改革開放后，北京經(jīng)歷了爆炸性的城市化和人口增長，到2019年北京常駐人口達到2153.6萬，城鎮(zhèn)化率為86.5%。隨著北京經(jīng)濟文化發(fā)展，北京人口密集區(qū)域不斷向外擴張，不透水面占城市面積比值不斷增加。依據(jù)文中不同密度的不透水層分布的不透水面的光譜特征分析及提取研究，本文的實驗主要選取北京地區(qū)三個具有代表性的研究區(qū)域（圖2-1），其不透水面分布密度從密集到稀疏。圖2-1研究區(qū)域分布圖及真彩色影像本文所選的不透水面密集區(qū)域為北京中心五環(huán)以內(nèi)區(qū)域，這部分區(qū)域為北京人口密集地（如圖2-2所示）。這部分區(qū)域主要由不透水面為主，植被覆蓋及裸露的土地占比較少。在該區(qū)域的不透水面主要為建筑物屋頂、城市道路為主。

中國地質(zhì)大學（北京）碩士學位論文9圖2-2不透水面密集區(qū)域真彩色影像圖不透水面分布中等區(qū)域選擇的是北京東面六環(huán)左右的區(qū)域，這部分區(qū)域有由沿地鐵線分布的密集人口區(qū)，也有離散分布的居民區(qū)（如圖2-3所示）。離散分布居民區(qū)的不透水面材料較為復雜，除了一般的房屋屋頂和混凝土道路，還有各類藍色、紅色油漆的塑料棚頂組成的廠區(qū)。該區(qū)域主要由不透水面、建筑施工地、裸土和植被覆蓋面共同組成。建筑施工用地主要是以藍色網(wǎng)布覆蓋的裸露土壤。圖2-3不透水面中等區(qū)域真彩色影像圖文中所選的不透水面的稀疏覆蓋區(qū)域，位于北京東面與河北交界處（如圖2-4所示）。該區(qū)域的主要構(gòu)成有大量農(nóng)田植被構(gòu)成，其間包含少量離散的居民居住地。其中居民居住地的不透水面覆蓋較為復雜。不同區(qū)域的地表覆蓋面組成存在較大差異，如何對不同區(qū)域的不同密度的不透水面進行提取研究，對研究不透水面有重要意義。
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本文編號：2861608