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专利号: 202410785210X
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-01-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种融合多模态时序数据的城市功能区识别方法,其特征在于,所述方法包括:获取研究区域的多时相Sentinel‑2遥感影像并进行第一预处理,得到四个季节的遥感影像;

获取研究区域的路网数据并进行第二预处理,将第二预处理后的路网数据分别叠加到四个季节的遥感影像上;

通过第一神经网络模型从叠加路网数据的单季节遥感影像中提取空间特征,通过第二神经网络模型从四个季节的遥感影像中提取时间特征,得到时空融合特征;

获取研究区域的POI数据并进行第三预处理,通过第三神经网络模型从第三预处理后的POI数据中提取社会职能语义特征;

将时空融合特征与社会职能语义特征融合,得到城市功能区分类结果;

所述通过第一神经网络模型从叠加路网数据的单季节遥感影像中提取空间特征具体包括:为每个功能区单元生成一个最小边界矩形,将最小边界矩形向外扩展,得到一个方形边界矩形;

根据方形边界矩形对单季节遥感影像进行划分,得到一组正方形影像块和一组代表城市功能区边界的掩膜影像;

将正方形影像块重采样为不同尺度的正方形影像块,并分别输入第一神经网络模型进行特征提取,输出不同尺度的特征图;

将第一神经网络模型输出的不同尺度的特征图分别与代表城市功能区边界的掩膜影像逐元素相乘,得到单季节遥感影像的空间特征;

所述第一神经网络模型为Res‑HANet网络模型,包括依次连接的第一卷积层、第一池化层、第一特征提取模块、第二特征提取模块、第三特征提取模块和第四特征提取模块;

其中,第一特征提取模块包括3个步长为1的Res‑HA模块;

第二特征提取模块包括1个步长为2的Res‑HA模块和3个步长为1的Res‑HA模块;

第三特征提取模块包括1个步长为2的Res‑HA模块和5个步长为1的Res‑HA模块;

第四特征提取模块包括1个步长为2的Res‑HA模块和2个步长为1的Res‑HA模块;

所述Res‑HA模块包括依次连接的第二卷积层、HGC模块、sCBAM模块、第三卷积层和拼接层;

所述Res‑HA模块的表达式为:

1×1 1×1

y=x+conv (sCBAM(HGC(conv (x))))

1×1

其中,x、y分别代表Res‑HA模块的输入和输出;conv (·)代表1×1的卷积操作,HGC(·)代表HGC模块的多尺度卷积操作,sCBAM(·)代表sCBAM模块的注意力机制操作;

所述HGC模块将输入特征图按通道均分为五个子特征图x1~x5,对每个子特征图进行不同尺度的卷积操作,不同尺度的卷积操作的表达式为:

3×3

其中,yi为不同尺度的卷积操作得到的特征图,conv (·)代表3×3的卷积操作;

将特征图y1~y5拼接,得到包含多尺度信息的特征图输入到sCBAM模块中;

所述sCBAM模块为结合了通道注意力机制和空间注意力机制的混合注意力模块。

2.根据权利要求1所述的融合多模态时序数据的城市功能区识别方法,其特征在于,所述获取研究区域的路网数据并进行第二预处理具体包括:对路网数据进行裁剪,去除内部道路和无效道路,确定一级、二级和三级道路网;

对道路网进行拓扑检查,得到闭合、无重叠的功能区单元。

3.根据权利要求1所述的融合多模态时序数据的城市功能区识别方法,其特征在于,所述通过第二神经网络模型从四个季节的遥感影像中提取时间特征,得到时空融合特征具体包括:分别将通过第一神经网络模型提取出的四个季节的空间特征按照春季、夏季、秋季、冬季的顺序分别输入第二神经网络模型,输出时空融合特征;所述第二神经网络模型采用AtLSTM模型。

4.根据权利要求1所述的融合多模态时序数据的城市功能区识别方法,其特征在于,所述第三神经网络模型包括依次连接的BERT模型和随机森林分类器,所述通过第三神经网络模型从第三预处理后的POI数据中提取社会职能语义特征具体包括:分别将每个功能区单元对应的POI数据经过编码分词后输入预训练的BERT模型,输出对应的嵌入语义特征;

通过预训练的随机森林分类器对嵌入语义特征进行分类,输出对应的功能区单元所属的城市功能区的类别概率;

将BERT模型输出的嵌入语义特征和随机森林分类器输出的类别概率结合,作为社会职能语义特征。

5.一种融合多模态时序数据的城市功能区识别系统,其特征在于,其使用权利要求1~

4任一项所述的方法,所述系统包括:

预处理模块:用于获取研究区域的多时相Sentinel‑2遥感影像并进行第一预处理,得到四个季节的遥感影像;获取研究区域的路网数据并进行第二预处理,将第二预处理后的路网数据分别叠加到四个季节的遥感影像上;

空间特征提取模块:用于通过第一神经网络模型从叠加路网数据的单季节遥感影像中提取空间特征;

时间特征提取模块:用于通过第二神经网络模型从四个季节的遥感影像中提取时间特征,得到时空融合特征;

语义特征提取模块:用于获取研究区域的POI数据并进行第三预处理,通过第三神经网络模型从第三预处理后的POI数据中提取社会职能语义特征;

多模态特征融合模块:用于将时空融合特征与社会职能语义特征融合,得到城市功能区分类结果。

6.一种电子设备,其特征在于,包括:至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线;

其中,所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信;

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令,所述处理器调用所述程序指令,以实现如权利要求1~4任一项所述的方法。

7.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使计算机实现如权利要求1~4任一项所述的方法。