深度学习支持下的宅基地复垦...实性智能审查技术研究与应用_向煜.pdf

年第期 向煜，等：深 度 学 习 支 持 下 的 宅 基 地 复 垦 项 目 真 实 性 智 能 审 查 技 术 研 究 与 应 用引 文 格 式：向 煜，黄 志，华 媛 媛，等深 度 学 习 支 持 下 的 宅 基 地 复 垦 项 目 真 实 性 智 能 审 查 技 术 研 究 与 应 用 测 绘 通 报，（）：-：-深度学习支持下的宅基地复垦项目真实性智能审查技术研究与应用向煜，黄志，华 媛 媛，邓 剑 峰，（重 庆 数 字 城 市 科 技 有 限 公 司，重 庆；城 市 全 息 空 间 数 据 应 用 重 庆 市 工 程 研 究 中 心，重 庆；重 庆 市 移 动 测 量 工 程 技 术 研 究 中 心，重 庆；重 庆 市 勘 测 院，重 庆；自 然 资 源 部 国 土 空 间 规 划 监 测 评 估 预 警 重 点 实 验 室，重 庆）摘 要：全 域 综 合 整 治 背 景 下 的 宅 基 地 复 垦 项 目 审 查 是 保 证 复 垦 项 目 合 法 性 合 规 性 的 有 效 手 段，针 对 当 前 宅 基 地 复 垦 项 目 审 查 效率 低 的 问 题，本 文 提 出 了 基 于 遥 感 影 像 的 农 村 宅 基 地 复 垦 项 目 立 项 真 实 性 审 查 方 法。首 先 以 重 庆 市 农 村 宅 基 地 复 垦 项 目 为 例，建立 宅 基 地 复 垦 项 目 立 项 真 实 性 审 查 模 型，利 用 改 进 的-模 型 准 确 提 取 建 筑 物，然 后 与 复 垦 红 线 叠 加 实 现 复 垦 项 目 真 实 性 的 智能 审 查。试 验 结 果 表 明，该 方 法 能 够 快 速 准 确 地 审 查 复 垦 项 目 真 实 性，对 优 化 土 地 结 构、促 进 土 地 流 转、实 现 乡 村 振 兴 具 有 重 要 意义，可 为 全 域 综 合 整 治 背 景 下 宅 基 地 复 垦 项 目 真 实 性 审 查 提 供 技 术 参 考。关 键 词：全 域 综 合 整 治；宅 基 地 复 垦；卷 积 神 经 网 络；语 义 分 割；建 筑 物 提 取中 图 分 类 号：文 献 标 识 码：文 章 编 号：-（）-，（-，；，；，；，；，）：-，-，：；全 域 土 地 综 合 整 治 试 点 实 施 要 点 中 指 出，要 有序 开 展 农 村 宅 基 地 及 其 他 低 效 闲 置 建 设 用 地 整 理，优 化 农 村 建 设 用 地 结 构 布 局，提 升 农 村 建 设 用 地 使用 效 益 和 集 约 化 水 平。全 域 综 合 整 治 背 景 下 的 宅基 地 复 垦 是 根 据 土 地 利 用 总 体 规 划 和 村 镇 规 划，对农 村 配 置 不 当、利 用 不 合 理 的 分 散、闲 置、废 弃、拆除 的 宅 基 地 进 行 整 治 复 垦，使 其 成 为 可 耕 地 的 一 项重 要 工 作，是 维 持 耕 地 动 态 平 衡、提 升 土 地 利 用 效率 的 有 效 方 式，对 合 理 利 用 和 保 护 土 地 资 源，促 进社 会 的 可 持 续 发 展 和 乡 村 振 兴 有 着 重 要 意 义-。收 稿 日 期：-；修 回 日 期：-基 金 项 目：重 庆 市 技 术 创 新 与 应 用 发 展 专 项（-）作 者 简 介：向煜（），男，高 级 工 程 师，主 要 研 究 方 向 为 智 慧 城 市 建 设 与技 术、人 工 智 能。-：测绘通报年第期当 前，真 实 性 审 查 主 要 采 用 人 工 外 业 测 绘 复 垦 红 线内 建 筑 物 边 界，然 后 计 算 建 筑 物 面 积 占 比，进 行 真实 性 判 定，耗 费 人 力 大 且 效 率 低。遥 感 影 像 蕴 含 着 丰 富 的 自 然 地 理 信 息，运 用 深度 学 习 技 术 能 快 速 提 取 地 理 要 素。经 过 多 年 发 展，遥 感 影 像 信 息 提 取 模 型 的 精 度 和 稳 定 性 不 断 提高，-模 型 因 其 优 越 的 性 能 被 学 者 们 运 用 到遥 感 影 像 提 取，并 进 行 了 诸 多 改 良。如 文 献 在-模 型 上 融 合 注 意 力 机 制，采 用 特 征 信 息 增强，在 一 定 程 度 上 解 决 了 建 筑 物 分 割 不 明 确 与 精 度不 高 的 问 题；文 献 在-模 型 引 入 跳 跃 连 接以 减 少 边 缘 和 转 角 的 细 节 损 失；文 献 使 用作 为 损 失 函 数 并 添 加和层，在 避免 过 拟 合 的 同 时 提 高 了 模 型 训 练 速 度 和 稳 健 性；文献 在-模 型 上 引 入 空 洞 卷 积，增 大 了模 型 的 感 受 野，能 够 提 取 更 丰 富 的 特 征，提 升 了 建筑 物 的 提 取 精 度。上 述 研 究 在 一 定 程 度 上 提 升 了建 筑 物 的 提 取 精 度，有 一 定 的 参 考 价 值。但 研 究 区域 多 为 城 市 平 原，此 类 遥 感 影 像 数 据 场 景 简 单，地物 清 晰、建 筑 物 目 标 大、易 于 分 辨。而 山 地、丘 陵 地区 影 像 地 类 复 杂、建 筑 物 目 标 小 且 分 散，将 模 型 运用 到 此 类 地 区，识 别 准 确 率 低、边 界 不 清 晰，进 而 影响 宅 基 地 复 垦 项 目 真 实 性 审 查。基 于 此，本 文 拟 在 宅 基 地 复 垦 项 目 智 能 审 查 中通 过 遥 感 影 像 提 取 建 筑 物 提 高 数 据 获 取 效 率。首先 在-编 码 器 部 分 融 入 空 洞 卷 积，使 用归 一 化 方 法 和激 活 函 数改 进-网络，提 升 模 型 精 度 和 稳 健 性；然 后 建 立 基 于 遥 感 影像 的 宅 基 地 复 垦 项 目 真 实 性 智 能 审 查 模 型，以 期 实现 山 地、丘 陵 城 市 农 村 宅 基 地 复 垦 项 目 真 实 性 智 能审 查。改 进 的-模 型本 文 从 模 型 结 构 和 非 结 构 两 个 角 度 改 进-模 型，用 于 在 山 地 城 市 复 杂 环 境 下 的 建 筑 物 提 取。在 非 结 构 改 造 方 面，模 型 卷 积 过 程 中 使 用 了归一 化 方 法 和激 活 函 数，以 此 增 强 模 型 的 稳 健 性和 泛 性；在 结 构 改 造 方 面，在 模 型 编 码 器 部 分 融 入了 空 洞 卷 积，在 充 分 特 征 提 取 的 同 时 增 加 卷 积 层 的感 受 野。改 进 后 的 网 络 如 图所 示。图改 进 的-模 型 改 进 的-模 型 保 留 了-模 型 结 构 右 侧解 码 器 部 分，在 左 侧 编 码 器 加 入 空 洞 卷 积，模 型 共有个 卷 积 层，其 中 卷 积 层个，反 卷 积 层个，空洞 卷 积 层个。左 侧 编 码 器 随 着 深 度 增 加 特 征 图 像会 越 来 越 小，特 征 维 度 越 来 越 高，视 野 越 来 越 大，细节 的 损 失 也 会 越 来 越 大。因 此 本 文 在 每 组 后 面 分别 增 加 了 一 层 空 洞 卷 积，连 接 每 一 组 第 一 层 卷 积层，在 特 征 高 度 提 取 的 同 时 保 留 图 像 细 节。卷 积 核均 为，空 洞 率 从 上 至 下 依 次 为、，除 此 之外 编 码 器 第 一 组 使 用个的 卷 积 核，第 二 组使 用个的 卷 积 核，依 次 类 推，直 至 编 码 器 最深 处 为个的 卷 积 核。网 络 右 侧 解 码 器 部 分与 左 侧 结 构 对 称，由 反 卷 积 层 构 成，逐 步 将 高 维 特征 映 射 至 低 维，同 时 与 编 码 器 部 分 对 应 的 空 洞 卷 积年第期 向煜，等：深 度 学 习 支 持 下 的 宅 基 地 复 垦 项 目 真 实 性 智 能 审 查 技 术 研 究 与 应 用层 提 取 的 特 征 融 合，保 证 分 割 精 度。特 别 的，每 个卷 积 层 后 均 有 一 个归 一 化 层，以 解 决 小 批 量 对数 据 归 一 化 的 影 响 并 缓 解 梯 度 弥 散 问 题，防 止 过 拟合，同 时 在 卷 积 层 使 用激 活 函 数 替 换 了激 活 函 数，以 此 减 少 噪 声、提 升 模 型 稳 健 性，激 活 函数弥 补 了归 一 化 方 法 缺 乏 对 均 值 中 心 处理 的 缺 陷。宅 基 地 复 垦 项 目 真 实 性 智 能 审 查 模 型宅 基 地 复 垦 项 目 真 实 性 判 定 包 括 复 垦 红 线 内有 建 筑 物，且 建 筑 物 面 积 在 红 线 内 占 比 大 于 规 定 比例，因 此 本 文 设 计 的 审 查 模 型 包 括 遥 感 影 像 预 测 模块、检 校 模 块 和 空 间 分 析 计 算 模 块，如 图所 示。遥感 影 像 预 测 模 块 使 用 现 势 性 强 的 高 分 辨 率 遥 感 影像 数 据，利 用 改 进 的-模 型 提 取 复 垦 项 目 红 线内 建 筑 物。空 间 分 析 模 块 使 用 提 取 的 建 筑 物 图 斑与 复 垦 红 线 叠 加 计 算，实 现 宅 基 地 复 垦 项 目 真 实 性智 能 审 查。如 图所 示。图宅 基 地 复 垦 项 目 真 实 性 审 查 模 型遥 感 影 像 预 测 模 块 是 整 个 审 查 模 型 的 核 心，预测 模 块 加 载 训 练 后 的 模 型 权 重，输 入 遥 感 影 像 实 现建 筑 物 提 取。为 了 提 高 预 测 速 度，需 要 裁 剪 较 大 的遥 感 影 像，裁 剪 范 围 为 复 垦 红 线 外 接 矩 形。裁 剪 后的 影 像 尺 寸 与 模 型 输 入 张 量 不 一 致，为 了 不 影 响 识别 精 度，首 先 需 将 裁 剪 后 的 影 像 再 次 裁 剪 为 模 型 输入 张 量 大 小 后 依 次 输 入 预 测 模 型。然 后 将 预 测 后的 图 像 拼 接，裁 剪 时 保 留 一 定 重 叠 度，防 止 拼 接 后出 现 缝 隙，拼 接 后 的 图 像 为 最 终 的 预 测 结 果。由 于语 义 分 割 是 像 素 级 预 测，最 终 结 果 图 像 可 能 会 出 现一 些 空 洞，需 进 行 空 洞 和 小 区 域 消 除 处 理，如 图所示。最 后 将 处 理 后 的 图 像 矢 量 化 即 得 到 建 筑 物 矢量 结 果。在 空 间 分 析 模 块 中，叠 加 复 垦 红 线 与 提 取 建 筑物 图 斑，计 算 红 线 内 建 筑 图 斑 面 积 总 和。若 建 筑 物图 斑 面 积 占 复 垦 红 线 区 域 面 积 规 定 比 例 以 上，则 通过 真 实 性 审 查。由 于 红 线 内 建 筑 物 存 在 林 木 遮 挡、损 毁、未 建 设 等 情 况，因 此 在 小 于 规 定 比 例 的 情 形中，作 为 疑 问 提 出，要 求 提 供 举 证 材 料。图空 洞 及 小 区 域 处 理试 验 与 分 析.试验数据与方法本 文 使 用 的 遥 感 数 据 集 为庆 市 区 县 部 分航 空 影 像（不 包 括 试 验 区），分 辨 率 为.，共 张 尺 寸 为像 素 的 影 像。并 用 对 应的 矢 量 图 斑 数 据 生 成 对 应 建 筑 物 标 签 数 据，使 用 的 比 例 划 分 测 试 集、验 证 集 和 训 练 集，用 于模 型 训 练，如 图所 示。图遥 感 影 像 数 据 及 标 签宅 基 地 复 垦 项 目 资 料 使 用 近 年 来 试 验 区 复 垦项 目 审 查 资 料，其 中 包 含 复 垦 红 线 矢 量 数 据，建