建筑物论文提纲

论文题目：轮廓约束匹配增强的GF7卫星立体影像建筑物高度提取

摘要：建筑高度是城市建设规划和分析的基础地理信息之一。随着遥感技术的发展,卫星所拍摄的遥感图像为人们提供了观测地球许多数据,成为了测绘和对地观测的基础数据。然而从卫星影像估计建筑物的准确高度仍然是一个非常具有挑战性的问题。我国首颗亚米级精度测绘卫星高分七号的成功发射,为我国测绘领域提供了高质量的数据源。但是由于高分七号卫星前相机倾角26°,前后相机视角夹角超过30°,导致高层建筑物区域较难匹配同名点,使得基于高分七号卫星的建筑物高度估计成为一项富有挑战性的工作。传统基于数字表面模型（Digital Surface Model,DSM）来提取建筑物高度的方法,是将建筑物轮廓套合到DSM上,提取建筑物顶部与底部高程,相减得到建筑物高度。但是由于GF-7立体影像对视角差异大导致所拍摄的建筑物顶部信息在前后视影像上有所缺失,DSM中建筑物屋顶区域出现大面积空洞,无法正确估计高层建筑物顶部高程,导致基于DSM方法在高分七号影像上可用性低。本文针对高分七号高层建筑物顶部高程匹配困难的问题,提出了轮廓约束匹配增强的方法来提取建筑物高度。总体上沿用传统DSM的方法,本文不关注DSM和轮廓的获取,重点关注高层建筑顶部高程估计的问题。针对每个建筑物,使用三个步骤来估计建筑物的高度:1)首先,利用DSM数据和研究区域内可能的建筑物高度范围确定建筑物顶部高程搜索范围,基于建筑物轮廓和高程搜索范围生成后视核线目标影像块和前视核线影像搜索范围。2)其次,在前后视核线影像块之间进行屋顶轮廓约束的立体匹配,用标准差图解决图像特征提取问题。为了解决估计裙楼的多高程面建筑的高度估计问题,采用蒙版灰度差对含有多个高程面的建筑轮廓进行分割,并进行重新匹配。3)最后,通过建筑物顶部和底部之间的高程差计算得到建筑物高度,其中建筑物底部的高程根据DSM中建筑物缓冲区的高程直方图进行计算得到,建筑物顶部高程由立体交会得到。在广州英德和陕西西安的高分七号立体影像上进行实验,与传统基于阴影的方法、和基于DSM的方法相比,该方法展现了较强的适用性,解决了高层建筑高度估计困难的问题,提高了整体估计精度。总结上文,本文主要创新点在于:1)本文提出一种轮廓约束的屋顶匹配方法,来解决高层建筑物屋顶匹配困难的问题。该方法充分利用建筑物在高分七号影像的图像特征,即建筑物屋顶图像不会在前后视影像上出现信息缺失,将建筑物作为一个整体进行匹配。在核线立体影像对上匹配出建筑物的屋顶,再通过立体交会计算建筑物顶部高程。2)在基于屋顶轮廓约束匹配的方法中,提出了顾及裙楼的多高程建筑物高度估计方法。该方法采用蒙版灰度差迭代分割高程面,通过计算匹配结果和模板之间的灰度差图像来评价匹配结果,对灰度差图像进行连通区分析、形态学处理、矢量分割等操作更新待匹配的蒙版,直到蒙版内的区域正确匹配。本文提出一种解决多高程建筑物的高度估计问题的方案,利用蒙版灰度差解决了建筑物内多个高程面识别分割的问题。

关键词：高分七号卫星;建筑物高度提取;轮廓约束匹配;裙楼分割;城市三维重建

学科专业：摄影测量与遥感

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外相关研究

1.2.1 传统方法

1.2.2 深度学习方法

1.3 论文内容与章节安排

1.3.1 研究内容

1.3.2 章节安排

2 GF-7立体影像建筑物高度提取理论基础

2.1 高分七号卫星传感器规格

2.2 GF-7卫星成像原理与立体定位

2.2.1 卫星成像原理

2.2.2 有理函数模型RFM

2.2.3 RPC模型立体交会

2.3 卫星影像的核线原理

2.3.1 核线几何

2.3.2 核线重采样

2.4 影像匹配相关原理

2.5 基于立体匹配的建筑物高程提取技术与分析

2.5.1 多分辨率金字塔密集匹配

2.5.2 不同高度建筑物影像投影及密集匹配特点

2.5.3 高层建筑物匹配空洞分析

2.6 本文思路与方法设计

3 轮廓约束屋顶匹配与建筑物高度提取

3.1 高程搜索范围和影像核线处理

3.1.1 高程搜索范围计算

3.1.2 核线几何影像生成

3.2 轮廓约束的屋顶匹配原理

3.2.1 屋顶影像特征提取

3.2.2 蒙版灰度差相似性测度

3.2.3 屋顶立体匹配示例

3.3 顾及裙楼结构的多高程面屋顶匹配

3.3.1 具有裙楼结构的多高程面建筑

3.3.2 蒙版灰度差迭代分割高程面

3.4 建筑物底部高程估计与建筑物高度计算

3.4.1 RPC模型解算估计顶部高程

3.4.2 基于DSM估计建筑物底部高度

3.4.3 建筑物高度估计

4 实验结果与分析

4.1 研究区域

4.2 实验精度评价指标

4.3 实验数据

4.3.1 高分七号立体影像

4.3.2 建筑物屋顶轮廓

4.3.3 LiDAR数据

4.3.4 DSM生成

4.4 实验结果

4.4.1 英德数据集高度估计结果

4.4.2 西安数据集高度估计结果

4.4.3 广州数据集高度估计结果

4.4.4 多高程面建筑高度提取分析

4.5 方法对比

4.5.1 与基于阴影方法提取高度方法比较

4.5.2 与基于DSM提取高度方法比较

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录A 附录

A.2 硕士期间获得奖项

致谢