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一种高分辨率遥感影像城市建筑物功能分类的方法  
 【申请号】  CN201710425766.8  【申请日】  2017-06-08
 【公开号】  CN107247938A  【公开日】  2017-10-13
 【申请人】  中国科学院遥感与数字地球研究所  【地址】  100101 北京市朝阳区大屯路甲20号北中科院遥感地球所
 【共同申请人】  
 【发明人】  刘亚岚;曲畅;任玉环
 【国际申请】    【国际公布】  
 【进入国家日期】  
 【专利代理机构】  武汉宇晨专利事务所 42001  【代理人】  王敏锋
 【分案原申请号】  
 【国省代码】  11
 【摘要】  本发明公开了一种高分辨率遥感影像城市建筑物功能分类的方法,其步骤:A、采用CNN方法对高分辨率遥感影像中的建筑物进行提取,得到建筑物提取结果;B、按照属性信息对POI数据进行整理分类,并对其中的商业服务业设施用地、公共管理与公共服务用地和居住用地的POI分别进行核密度估计,分别得到这些用地类型的核密度图;C、利用上述基于CNN的遥感影像建筑物信息提取结果和核密度图,计算单个建筑物的核密度平均值。该方法易行,操作简便,有效地解决了利用遥感信息提取技术难以实现语义级别的建筑物功能分类识别的难题,对城市建筑物进行功能分类精度较高,能够快速精确地为有关部门提供城市功能区分类的动态数据,为城市管理和合理规划服务。
 【主权项】  一种高分辨率遥感影像城市建筑物功能分类的方法,其步骤是:A、采用卷积神经网络方法对高分辨率遥感影像数据进行建筑物提取,得到建筑物的提取结果;其步骤是:1)对遥感影像进行预处理,其中包括辐射定标、大气校正和几何校正;2)从上述遥感影像中选择典型的、像元纯度的建筑物样本不少于50个,建立建筑物样本库;3)对步骤2)中的样本库使用CNN方法进行训练学习,通过对活化函数、训练贡献阈值、训练速度、隐藏层数和训练迭代次数,次数不少于500次,参数进行设置,建立CNN建筑物信息提取模型,实现高分辨率遥感影像建筑物提取得到提取结果;4)对上述结果中面积过小图斑进行剔除,得到建筑物提取结果;B、按照属性信息对POI数据进行整理分类,对商业服务业设施用地、公共管理与公共服务用地和居住用地三种功能类型的POI分别进行核密度估计,得到商业服务业设施、公共管理与公共服务和住宅功能类型的核密度图;其步骤是:1)对获得的POI数据进行整理分类:利用网络爬虫程序从百度地图上爬取获得的POI数据类型,其属性信息包括名称、类型、经度纬度、电话、地址信息,对城市区域的POI数据进行归类,将其分为商业服务业设施、公共管理与公共服务和住宅用地三种类型;2)采用Epanechnikov核函数对商业服务业设施用地、公共管理与公共服务用地和住宅用地的POI的核密度进行计算,每个POI点上方均覆盖着一个平滑曲面,在点所在位置处表面值最高,随着与点的距离的增大表面值逐渐减小,在与点的距离等于搜索半径的位置处表面值为零,使用圆形邻域,曲面与下方的平面所围成的空间的体积默认等于1,每个输出栅格像元的密度均为叠加在栅格像元中心的所有核表面的值之和;核密度计算方法如下:设x1,x2,……xn为独立同分布F的n个观测值,核密度从分布密度函数f(x)与其对应的累积分布函数F(x)的关系推导得到公式(1):(1)用经验分布函数估计F(x),其中:I是indicator#function,时, =1, =0,经验分布函数#Fn(x)#在一点x处的值,得到随机变量Xn个观测值x1,x2,……xn中小于或等于x的个数,再除以观测次数n,将经验分布函数代入公式(1)后,得公式(2):(2)其中:为核密度估计值,n为观测值个数,Xi为第i个观测值,K0(x)为核函数,h>0为一个平滑参数,称作带宽或窗口;其中:采用Epanechnikov为核函数对点要素的核密度进行计算,其核函数K(x)公式为:(3)按照公式(3),计算每种类型用地POI点数据的核密度,根据核密度大小分层设色,得到POI数据商业服务业设施、公共管理与公共服务和住宅用地的核密度图;C、利用基于CNN的遥感影像建筑物信息提取结果和核密度图,计算单个建筑物的核密度平均值;其步骤是:1)将基于CNN提取的建筑物栅格数据转换为矢量多边形数据;2)将该核密度图转化成代表核密度大小的点:在ArcGIS中利用栅格转点和利用点提取像元值得到可代表不同大小的核密度点;3)对于每栋建筑物分别统计落在其内部的三类用地的核密度平均值;D、分别对这三类用地设置核密度值阈值,通过各类的核密度平均值与该阈值的比较,实现建筑物的功能分类,进而获得高分辨率遥感影像城市建筑物功能分类结果图,其步骤是:1)设置商业服务业设施、公共管理与公共服务、住宅的核密度阈值,对于每栋建筑,其商业服务业设施、公共管理与公共服务或住宅的核密度值大于或等于相应阈值的,分别定义为商业服务业设施用地、公共管理与公共服务用地或住宅用地,完成城市建筑物的功能分类;2)对于上述三种类型的核密度值中的两种或三种类型的核密度值符合阈值范围的建筑物,公共管理与公共服务或住宅用地会存在商业服务业设施用地,将建筑物的类别优先定义为住宅用地和公共管理与公共服务用地。
 【页数】  17
 【主分类号】  G06K9/00
 【专利分类号】  G06K9/00;G06K9/62;G06N3/08
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