基于倾斜摄影和图像识别技术实现乡村风貌管理的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于倾斜摄影和图像识别技术实现乡村风貌管理的方法，其利用倾斜摄影和图像识别技术对乡村建筑进行风貌提取和管理。具体地，本发明专利技术通过倾斜摄影技术形成三维实景模型和正射影像图，再通过图像识别分类监督的技术方法对建筑进行提取，并结合线性回归计算优化建筑范围线，建立建筑模型和数据档案，基于此，总结风貌参数、判别新建建筑风貌协调性、判别筛选村庄建设变化的风貌协调性。本发明专利技术既可以快速采集和识别乡村风貌情况，实现乡村建设的多维度管理和风貌控制标准制定，搭建起乡村风貌管理系统，又可以便捷、高效地完成村庄风貌情况的动态更新，实现村庄风貌的动态监管。态监管。态监管。

【技术实现步骤摘要】
基于倾斜摄影和图像识别技术实现乡村风貌管理的方法


[0001]本专利技术涉及乡村风貌管理
，具体涉及一种基于倾斜摄影和图像识别技术实现乡村风貌管理的方法。

技术介绍

[0002]我国大部分农村都拥有悠久的历史和文化特色，在经过快速工业化和城市化的洗礼后，我国乡村面貌发生了巨大的改变。虽然大多数县市组织编制了村庄规划、农房建筑标准图集等指导村庄建设，对建筑风貌进行引导和管控，但在村庄建设管理落实上衔接仍然不足，难以实现有效实施。因此，探索乡村风貌的有效管理方法尤为重要。
[0003]目前村庄风貌管理工作由于乡村布局分散、点多面广，需要耗费大量人力物力进行调查，管理工作开展较为繁琐，定期监测管理工作更是难上加难，违法建设、虚报指标、随意建设的情况时常发生，因此，村庄建设管理工作存在数据匮乏、管理力量薄弱、监管难度大等管理问题。
[0004]目前普遍利用遥感技术进行村庄的规划建设管理，拍摄高分遥感影像对乡村用地类型进行划分和规划管理，但该方法存在以下两个问题，一是高分遥感影像的数据精度不足，难以实现村级建筑、构筑物等小尺寸建设的管理，二是高分遥感影像为二维影像，对建筑立面风格、高度、材质等维度的建筑风貌方面存在数据缺失，不便于建筑风貌管理，因此基于遥感影像的村庄建设管理仍存在一定的局限性。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，为了克服乡村风貌管理上数据空缺、管理量大、监管难度大等问题，本专利技术提供了一种基于倾斜摄影和图像识别技术实现乡村风貌管理的方法，以实现对乡村风貌进行高效、科学地管理。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于倾斜摄影和图像识别技术实现乡村风貌管理的方法，所述方法包括以下步骤：
[0008]步骤S1：采用无人机倾斜摄影拍摄村庄，并设定地面RTK校准点和检查点；基于无人机拍摄数据和RTK数据对村庄进行数据计算处理，得到村落三维实景模型和数字正射影像图；
[0009]步骤S2：将三维实景模型、正射影像图在GIS空间地理信息系统中进行空间坐标体系的转换与校正，使得两者坐标系重合；
[0010]步骤S3：在影像分析软件中将数字正射影像图进行监督分类，对数字正射影像图进行自动化初步切割，对数字正射影像图中的建筑、构筑物等建设元素进行样本选取，通过样本的颜色、光谱波段比率、高程、高差、形状、长宽比样本特征参数的综合识别与训练，对正射影像图进行“重分类”，导出具有分类属性的格栅图；
[0011]导出的具有分类属性的格栅图包括建筑物、植被、地面、水体不同属性；其中，对地
面属性格栅图进行抽取样点，基于样点自动拟合生成曲面，即为数字高程模型DEM；
[0012]步骤S4：基于建筑物属性的格栅图，提取并优化各个建筑边界线，并根据该优化后的建筑边界线对已在GIS中位置校准对齐的三维实景模型和正射影像图进行各建筑的提取和编号，初步创建建筑档案；
[0013]步骤S5：基于分离出的各建筑的实景模型与优化后的建筑边界线，对建筑物质空间数据进行提取，构建村庄建筑物质空间数据库；
[0014]具体地，对分离出的各建筑三维实景模型，将其转化为三维空间点云模型，并利用点云分析软件对建筑高度(H
x
)、屋顶坡度(i
x
)、立面材质色彩(R
x
,G
x
,B
x
)进行分析；基于优化的建筑边界对建筑长度(L
x
)、宽度(W
x
)、间距(D
x
)等进行分析；
[0015]所述建筑高度(H
x
)、屋顶坡度(i
x
)、立面材质色彩(R
x
,G
x
,B
x
)以及建筑长度(L
x
)、宽度(W
x
)、间距(D
x
)等构成建筑物质空间数据；
[0016]步骤S6：基于村庄建筑物质空间数据库，对村庄风貌参数要素进行总体统计和分析，计算建筑长宽比、高度、间距、色彩、屋顶坡度的参数均值，即为该村落的建筑风貌参考参数，便于县域、市域等编制农房建设图集；同时可对提交新建申请的建筑风貌进行自动初步判别和审批；
[0017]对提交新建建筑风貌进行自动初步判别和审批的方法为：利用图像识别技术对提交申请的建筑平面图、立面效果图等图像进行智能分割和识别，提取长宽高、材质色彩、屋顶形式等，并基于建筑风貌参数进行评价值计算；
[0018]步骤S7：利用无人机定期拍摄生成村庄三维实景模型与正射影像图，通过以上S1
‑
S5方法建立最新村庄建筑模型与图斑，并与原始村庄数据库进行对比发现变化；然后基于建筑风貌参数对发生变化的建筑进行评价值计算(同步骤S6)，根据该评价值评估变化图斑的协调性；对协调度低的建筑进行定位和放大，发送至监管部门人员，实现对村落建筑风貌的立体监督管理。
[0019]所述步骤S4中，提取并优化建筑边界线的方法为：
[0020]获取建筑物属性的格栅图的图斑，将图斑边界线置入XY二维坐标系，通过中心切分成4个方向边，提取各个边按50％的密度取样本点，分别读取其X、Y值，并计算X总和(∑X)，Y值总和(∑Y)，X*Y值总和(∑X*Y)，X*X值总和(∑X*X)，Y*Y值总和(∑Y*Y)，带入以下两个公式计算回归线斜率b和相关因子a：
[0021][0022][0023]由此获得回归直线，依次对四边进行线性回归计算，并组合成闭合的建筑边界线，形成最优建筑边界线。
[0024]所述步骤5中，
[0025]对建筑高度参数进行分析的方法为：将提取的建筑点云模型与村落数字高程模型DEM进行点云距离计算，由于立面上点云高度不一，而屋顶层点云基本均为同一高度，故距离计算结果的峰值为建筑屋顶高度值(H
x
)；
[0026]对建筑屋顶坡度进行分析的方法为：将提取的建筑点云模型进行点与点之间的空
间角度计算，由于立面上点云基本均为垂直方向(∠γ0＝90
°
)，而屋面上的点云则呈现出平行于地面角度(∠γ0＝0
°
)或带有一定角度(∠γ0＜60
°
)，因此，去除90度峰值外的角度峰值为屋面坡度(i
x
)；
[0027]对建筑立面材质色彩进行分析的方法为：将提取的建筑点云模型在点云分析软件中进行XYZ轴的旋转使其建筑立面与空间轴面相平行，并导出建筑立面正投影图像，利用图像识别软件对立面进行智能切割，提取立面色块色彩值RGB(R
x
,G
x
,B
x
)及色块面积占比S
cx
(S为建筑或区域图像面积，S
x
为区域内不同色块的面积，x代表不同色块编号)，并按色块面积占比排序形成主要色调(S
cx
值较高)和影响本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于倾斜摄影和图像识别技术实现乡村风貌管理的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤S1：采用无人机倾斜摄影拍摄村庄，并设定地面RTK校准点和检查点；基于无人机拍摄数据和RTK数据对村庄进行数据计算处理，得到村落三维实景模型和数字正射影像图；步骤S2：将三维实景模型、正射影像图在GIS空间地理信息系统中进行空间坐标体系的转换与校正，使得两者坐标系重合；步骤S3：在影像分析软件中将数字正射影像图进行监督分类，对数字正射影像图进行自动化初步切割，对数字正射影像图中的建筑、构筑物等建设元素进行样本选取，通过样本的颜色、光谱波段比率、高程、高差、形状、长宽比样本特征参数的综合识别与训练，对正射影像图进行“重分类”，导出具有分类属性的格栅图；导出的具有分类属性的格栅图包括建筑物、植被、地面、水体不同属性；其中，对地面属性格栅图进行抽取样点，基于样点自动拟合生成曲面，即为数字高程模型DEM；步骤S4：基于建筑物属性的格栅图，提取并优化各个建筑边界线，并根据该优化后的建筑边界线对已在GIS中位置校准对齐的三维实景模型和正射影像图进行各建筑的提取和编号，初步创建建筑档案；步骤S5：基于分离出的各建筑的实景模型与优化后的建筑边界线，对建筑物质空间数据进行提取，构建村庄建筑物质空间数据库；具体地，对分离出的各建筑三维实景模型，将其转化为三维空间点云模型，并利用点云分析软件对建筑高度(H
x
)、屋顶坡度(i
x
)、立面材质色彩(R
x
,G
x
,B
x
)进行分析；基于优化的建筑边界对建筑长度(L
x
)、宽度(W
x
)、间距(D
x
)等进行分析；所述建筑高度(H
x
)、屋顶坡度(i
x
)、立面材质色彩(R
x
,G
x
,B
x
)以及建筑长度(L
x
)、宽度(W
x
)、间距(D
x
)等构成建筑物质空间数据；步骤S6：基于村庄建筑物质空间数据库，对村庄风貌参数要素进行总体统计和分析，计算建筑长宽比、高度、间距、色彩、屋顶坡度的参数均值，即为该村落的建筑风貌参考参数，便于县域、市域等编制农房建设图集；同时可对提交新建申请的建筑风貌进行自动初步判别和审批；对提交新建建筑风貌进行自动初步判别和审批的方法为：利用图像识别技术对提交申请的建筑平面图、立面效果图等图像进行智能分割和识别，提取长宽高、材质色彩、屋顶形式等，并基于建筑风貌参考参数进行评价值计算；步骤S7：利用无人机定期拍摄生成村庄三维实景模型与正射影像图，通过以上S1
‑
S5方法建立最新村庄建筑模型与图斑，并与原始村庄数据库进行对比发现变化；然后基于建筑风貌参考参数对发生变化的建筑进行评价值计算，根据该评价值评估变化图斑的协调性；对协调度低的建筑进行定位和放大，发送至监管部门人员，实现对村落建筑风貌的立体监督管理。2.根据权利要求1所述的基于倾斜摄影和图像识别技术实现乡村风貌管理...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩洁，黄文灿，王量量，游玉峰，全峰梅，徐洪涛，
申请(专利权)人：华蓝设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：