[發(fā)明專利]結(jié)合空間距離約束的多尺度船企場景識(shí)別與提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010517131.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN111639623B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋妍;楊淼;于新莉;馬珍妮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): G06V20/10
• 分類號(hào): G06V20/10;G06V10/774;G06V10/82;G06K9/62;G06N3/04
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 彭建怡

本發(fā)明提供結(jié)合空間距離約束的多尺度船企場景識(shí)別與提取方法，包括以下：獲取全國船企分布情況和結(jié)構(gòu)特征，制作高分辨率船企遙感數(shù)據(jù)集；利用遙感數(shù)據(jù)集，基于全局和局部兩種尺度進(jìn)行船企遙感圖像識(shí)別模型訓(xùn)練；采用船企遙感圖像識(shí)別模型對(duì)待預(yù)測遙感圖像進(jìn)行多模型多尺度檢測；基于多尺度檢測結(jié)果，提取待預(yù)測遙感圖像船企對(duì)象之間的空間距離；結(jié)合全局和局部多尺度檢測結(jié)果、局部對(duì)象標(biāo)簽組合方式和對(duì)象空間距離約束條件對(duì)待預(yù)測遙感圖像進(jìn)行場景類別綜合評(píng)判。本發(fā)明提供的有益效果是：有效進(jìn)行船企復(fù)雜場景提取，能夠?yàn)槲覈爱a(chǎn)業(yè)發(fā)展、沿岸環(huán)境監(jiān)測提供理論支撐，對(duì)境外船企的提取可以進(jìn)一步為政府產(chǎn)能調(diào)控、產(chǎn)業(yè)布局提供宏觀決策依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及遙感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及結(jié)合空間距離約束的多尺度船企場景識(shí)別與提取方法。

背景技術(shù)

在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，船舶修造業(yè)為海洋資源開發(fā)、航運(yùn)運(yùn)輸以及海洋領(lǐng)域國防建設(shè)等提供裝備支持，在多個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用，得到了世界各國尤其是沿海地區(qū)和國家的重視。在享受船舶產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展帶來的經(jīng)濟(jì)紅利的同時(shí)，隨之而來的水域生態(tài)環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)峻。因此，明確造船企業(yè)的分布情況，可以為政府部門產(chǎn)能調(diào)控、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測提供幫助，輔助政府查證非法用地建設(shè)船企，及時(shí)發(fā)現(xiàn)是否存在“僵尸”船企重新開工、船企違規(guī)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模以及“黑名單”船企產(chǎn)能過剩、改造停滯不前等現(xiàn)象，對(duì)修復(fù)沿岸生態(tài)環(huán)境、保護(hù)水域環(huán)境以及促進(jìn)修船企的協(xié)調(diào)發(fā)展都具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來，隨著遙感影像空間分辨率的提高，影像中所包含的信息越來越豐富，利用人工判讀的方式來實(shí)現(xiàn)地物識(shí)別早已無法滿足涌現(xiàn)的應(yīng)用需求，且船企作為復(fù)雜場景，內(nèi)部格局多樣，與沿海其他地物類型存在一定的混淆性，難以采用常規(guī)方法進(jìn)行識(shí)別。相比于傳統(tǒng)方法，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能學(xué)習(xí)到更豐富的語義信息和高層次的圖像特征表征，能更好地描述不同目標(biāo)之間的差異。且卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種端到端的模型結(jié)構(gòu)，將原始圖像作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的輸入，經(jīng)過逐層計(jì)算直接將最后的結(jié)果輸出，減少了以往復(fù)雜的數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、特征表征等人工操作。

但船企場景具有語義信息豐富、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺度表現(xiàn)多樣的特性，船企內(nèi)部分為造船區(qū)、舾裝區(qū)、涂裝區(qū)、碼頭區(qū)、動(dòng)力設(shè)施區(qū)等多個(gè)模塊，有些模塊在遙感影像上的區(qū)分度并不高。且船企內(nèi)部格局和尺度存在多樣性，一些小型船企的內(nèi)部格局更是隨機(jī)，這些因素導(dǎo)致船企在遙感影像上表現(xiàn)各異。

同時(shí)船企場景是由船只、船塢、廠房等地物構(gòu)成，這些地物并不是只單獨(dú)存在于船企中，如廠房作為一種常見的建筑，也普遍存在于沿海工廠中；在建船只能夠代表船企的造船能力，屬于船企的獨(dú)特性地物，但由于影像分辨率等問題，在建船只在影像上的特征與常規(guī)船只差異不大，因此在場景判別時(shí)，港口中停泊船只和航行船舶也會(huì)被檢測出。而船塢是船企最重要的船舶修造區(qū)域，也船企場景具有唯一性的判別依據(jù)，但船塢在造船前后會(huì)表現(xiàn)出不一樣的特征，某些時(shí)期的特征可能會(huì)和背景地物之間存在一定的混淆性，這些不同場景之間的相似性會(huì)導(dǎo)致船企的判別度下降，為檢測增加難度。

船企內(nèi)部地物在不同的條件下也會(huì)表現(xiàn)出不同的影像特征。以船塢為例，船塢是指修造船用的塢式建筑物，灌水后可容船舶進(jìn)出，排水后能在干底上修造船舶，船舶主體在船塢內(nèi)修造完成后就從造船平臺(tái)下水。因此不同時(shí)期、不同區(qū)域的船塢在遙感影像上的差異較大；

另外，遙感影像圖幅大，背景復(fù)雜。與自然影像不同，遙感影像是由距離陸地幾百公里外的衛(wèi)星傳感器拍攝，影像的幅面較大，檢測時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)配置和性能的要求較高，且地物目標(biāo)在影像上可能只占非常小的比例；且目前，船企相關(guān)研究資料較少。目前尚未有學(xué)者將遙感技術(shù)應(yīng)用于船企場景提取上，特別是深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域。目前深度學(xué)習(xí)應(yīng)用的主要方向仍為提升模型精度，因此該方向可供參考的研究資料較少。雖然遙感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展推動(dòng)了深度學(xué)習(xí)在遙感領(lǐng)域應(yīng)用愈加廣泛，遙感訓(xùn)練樣本集的種類和數(shù)量也隨之增多，但目前的數(shù)據(jù)集多為學(xué)校、建筑、河流等常見土地覆蓋類型，沒有船企類復(fù)雜人工岸線的相關(guān)樣本集。