IDI保險(xiǎn)行業(yè)光學(xué)遙感觀測技術(shù)應(yīng)用

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【摘要】idi保險(xiǎn)是工程質(zhì)量類保險(xiǎn)的一種，在國內(nèi)主要應(yīng)用于住宅項(xiàng)目。IDI保險(xiǎn)需要在工程建設(shè)的全過程中進(jìn)行質(zhì)量管控和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。常規(guī)水準(zhǔn)檢測、GPS等技術(shù)難以滿足IDI保險(xiǎn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)建筑進(jìn)行大范圍、快速、長期監(jiān)測的需要。光學(xué)遙感觀測技術(shù)是一種可以實(shí)現(xiàn)大面積地物監(jiān)測的遙感觀測技術(shù)，該技術(shù)可以為IDI保險(xiǎn)的監(jiān)測工作提供數(shù)據(jù)信息支持。論文整理了近幾年關(guān)于光學(xué)遙感觀測技術(shù)應(yīng)用于建筑高度監(jiān)測的文獻(xiàn)，對(duì)分類法、邊緣檢測法、閾值法進(jìn)行介紹和總結(jié)，說明光學(xué)遙感觀測技術(shù)在IDI保險(xiǎn)行業(yè)中有較高的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】光學(xué)遙感觀測技術(shù)；IDI保險(xiǎn)；建筑高度；建筑陰影

1引言

建筑工程質(zhì)量潛在缺陷保險(xiǎn)（InherentDefectsInsurance，以下簡稱IDI保險(xiǎn)）是工程質(zhì)量類保險(xiǎn)的一種，是承包建筑工程在竣工后的保險(xiǎn)期限內(nèi)，針對(duì)因勘察設(shè)計(jì)缺陷、施工缺陷或材料缺陷等竣工時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)的潛在缺陷造成的建筑結(jié)構(gòu)、防水工程或其他約定項(xiàng)目出現(xiàn)影響安全或使用的物質(zhì)損失保險(xiǎn)。我國于2005年引入IDI保險(xiǎn)，先后在北京、上海等城市開展試點(diǎn)運(yùn)行。目前，IDI保險(xiǎn)在國內(nèi)處于推廣期，主要應(yīng)用于住宅項(xiàng)目。根據(jù)各試點(diǎn)城市制定的IDI保險(xiǎn)實(shí)施細(xì)則，建筑結(jié)構(gòu)安全是IDI保險(xiǎn)中風(fēng)險(xiǎn)最大的一項(xiàng)，具體包括建筑整體或局部倒塌、地基不均勻沉降等[1]。因此，建筑物安全隱患排查、研究建筑基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)損壞的現(xiàn)象和機(jī)理，并實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測是IDI保險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)管理的主要任務(wù)。當(dāng)前，IDI保險(xiǎn)關(guān)于建筑物的監(jiān)測和風(fēng)險(xiǎn)管理，主要依靠保險(xiǎn)公司工作人員和第三方監(jiān)測機(jī)構(gòu)。隨著IDI保險(xiǎn)的推廣以及投保項(xiàng)目數(shù)量和類型的增加，人工的監(jiān)測效率會(huì)大大降低[2]。所以需要一種技術(shù)手段，能夠?qū)δ繕?biāo)區(qū)內(nèi)所有建筑物進(jìn)行全覆蓋、長時(shí)間、連續(xù)和高精度的形變監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)分析，協(xié)助保險(xiǎn)公司進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理[3]。光學(xué)遙感觀測技術(shù)是一種監(jiān)測范圍廣、成本低、效率高，可以長期定點(diǎn)監(jiān)測的遙感觀測手段[4]。一方面，光學(xué)遙感觀測技術(shù)在建筑物識(shí)別、建筑物高度推算等方面都達(dá)到了較高的計(jì)算精度，可以對(duì)建筑物的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行大范圍、周期性的監(jiān)測；另一方面，對(duì)比多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)，可以掌握建筑的傾斜和沉降情況。光學(xué)遙感觀測技術(shù)在這兩方面的研究成果均可應(yīng)用于IDI保險(xiǎn)行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為IDI保險(xiǎn)行業(yè)建立完善的建筑物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系提供支持。

2光學(xué)遙感觀測技術(shù)在建筑高度計(jì)算方面應(yīng)用的研究概況

光學(xué)遙感觀測技術(shù)是遙感技術(shù)的一種，利用可見光、近紅外和短波紅外傳感器對(duì)地物進(jìn)行特定電磁譜段的成像觀測，獲取和分析被觀測對(duì)象的光學(xué)特征信息。近年來，光學(xué)成像、電子學(xué)與空間技術(shù)的飛速發(fā)展，高空間、高光譜和高時(shí)間分辨率遙感技術(shù)不斷取得突破，光學(xué)遙感觀測技術(shù)已成為目前對(duì)地觀測和空間信息觀測領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)手段[5]。在光學(xué)遙感觀測技術(shù)中，獲取建筑物高度的主要方法為陰影側(cè)高法，該方法根據(jù)遙感圖像中建筑陰影長度推算建筑高度，然后進(jìn)一步分析建筑變化。

2.1陰影測高法原理介紹

陰影與建筑物高度關(guān)系如圖1所示。其中，H為建筑物高度；L為陰影長度；α、β分別為衛(wèi)星和太陽的高度角；δ為太陽和衛(wèi)星方位角的交角。建筑物高度計(jì)算方法為：當(dāng)太陽和衛(wèi)星在建筑物兩側(cè)時(shí)，建筑物高度H的計(jì)算方法可簡化為[6]：陰影測高法首先在遙感圖像中識(shí)別和提取目標(biāo)建筑的陰影，然后根據(jù)陰影長度、衛(wèi)星方位角、太陽高度角計(jì)算建筑高度。該方法只需要單張高分辨率遙感影像就可建立建筑物與陰影的成像集合模型。常用的陰影側(cè)高法主要有分類法、邊緣檢測法、閾值法[7]。

2.2分類法

分類法首先對(duì)遙感圖像進(jìn)行分割，然后使用同質(zhì)像素組成大小不同的對(duì)象，最后根據(jù)對(duì)象的形狀、大小、紋理、空間關(guān)系等特征提取建筑物及其陰影。如田峰等[8]提出利用多尺度分割將遙感圖像分割成若干對(duì)象，結(jié)合光譜、形狀、形態(tài)學(xué)陰影指數(shù)等特征面向?qū)ο蠓诸?，相?duì)準(zhǔn)確提取出建筑物的陰影并計(jì)算陰影的長度，進(jìn)行城市建筑物高度估計(jì)。結(jié)果顯示，90%的估計(jì)結(jié)果絕對(duì)誤差小于1m。分類法是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的利用陰影計(jì)算建筑物高度的方法。該方法可以有效對(duì)遙感圖像進(jìn)行分割，準(zhǔn)確地提取建筑物和建筑陰影，具有較高的計(jì)算準(zhǔn)確度。近年來，隨著深度學(xué)習(xí)算法在圖像分割領(lǐng)域的快速發(fā)展，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)遙感圖像進(jìn)行特征提取、語義分割同樣取得了較好的效果。如徐昭洪等[9]提出利用改進(jìn)的U-net模型對(duì)建筑物區(qū)域進(jìn)行像素級(jí)分割，獲取其輪廓和尺寸信息，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)的U-net模型對(duì)遙感圖像中建筑物的分割提取具有更高的精度，且對(duì)建筑密集區(qū)的小間隔建筑物的區(qū)分能力更強(qiáng)。

2.3邊緣檢測法

邊緣檢測方法通過檢測遙感圖像中不同區(qū)域的邊界灰度變化實(shí)現(xiàn)區(qū)域分割。如張祚等[10]提出基于建筑陰影形成的原理，提出綜合利用邊緣密度和HSV（hue-saturation-value，色調(diào)-飽和度-明度模型）顏色模型識(shí)別GoogleEarth二維影像中的高層建筑陰影，利用在線計(jì)算太陽高度角的工具，快速完成建筑高度和陰影長度的估算。龍恩等[11]提出基于同名特征的思想，實(shí)現(xiàn)平頂直邊型建筑高度提取。在對(duì)同名直邊檢測與精確定位過程中，將其轉(zhuǎn)化為陰影邊界檢測，主要采用基于邊緣的圖像分割和專家知識(shí)相結(jié)合的建筑物陰影提取技術(shù)。邊緣檢測方法可以保留圖像重要的結(jié)構(gòu)信息，適合遮蔽少、房屋形體簡單且較為獨(dú)立的情況，當(dāng)影像空間分辨率不夠高、房屋類型多樣，或者樓房間相互遮擋時(shí)，會(huì)降低建筑物提取的精度，無法保證高精度的建筑物提取結(jié)果[12]

2.4閾值法

閾值分割是一種簡單有效的基于像素的圖像分割技術(shù)，該方法根據(jù)每個(gè)像素點(diǎn)的特征值和閾值的大小關(guān)系，將像素點(diǎn)劃分為不同類別[13]。如XinHuang等[14,15]提出的形態(tài)學(xué)建筑指數(shù)（MBI）和形態(tài)學(xué)陰影指數(shù)（MSI）就是閾值分割方法中常用的特征依據(jù)。首先利用MBI和MSI構(gòu)建特征圖像，然后根據(jù)設(shè)定閾值將圖像劃分為建筑、陰影和其他地物，最后利用其他方法對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行細(xì)化處理。閾值法主要優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)簡單、運(yùn)算效率高。但遙感圖像顏色復(fù)雜，包含圖像元素較多，要達(dá)到較高的圖像分割精度，需要在設(shè)計(jì)閾值計(jì)算方法時(shí)，結(jié)合圖像本身的顏色特征以及空間特征。

3其他應(yīng)用場景

隨著IDI保險(xiǎn)行業(yè)的發(fā)展與推廣，其承保項(xiàng)目會(huì)從住宅項(xiàng)目逐漸擴(kuò)展到包括市政項(xiàng)目在內(nèi)的各類工程，例如，高速公路建造工程、地鐵建設(shè)工程、旅游區(qū)建設(shè)、橋梁、水壩等。光學(xué)遙感觀測技術(shù)憑借其長期大面積捕獲影像信息的優(yōu)勢(shì)可以在多個(gè)方面提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。例如，高速公路建造工程中，選址期間可結(jié)合多期歷史遙感影像數(shù)據(jù)分析選址沿線的地址環(huán)境，以及發(fā)生自然災(zāi)害的可能性。同時(shí)，還可以對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)測。地鐵建設(shè)項(xiàng)目中，利用光學(xué)遙感觀測技術(shù)可以對(duì)沿線的地面沉降進(jìn)行監(jiān)測分析。旅游區(qū)建設(shè)中，可以利用該技術(shù)對(duì)地質(zhì)景觀元素特征進(jìn)行解譯以及進(jìn)行地質(zhì)景觀特征值的三維量測與統(tǒng)計(jì)。

4結(jié)語

本文首先介紹了IDI保險(xiǎn)以及IDI保險(xiǎn)在國內(nèi)的發(fā)展情況。其次以住宅工程為例，列舉近幾年光學(xué)遙感觀測技術(shù)在建筑高度測量、建筑變化監(jiān)測方面的發(fā)展和應(yīng)用。充分說明該技術(shù)在IDI保險(xiǎn)行業(yè)具有一定的應(yīng)用前景。最后分析了光學(xué)遙感觀測技術(shù)在IDI保險(xiǎn)未來發(fā)展中的應(yīng)用場景。總的來看，利用光學(xué)遙感觀測技術(shù)，可對(duì)承保項(xiàng)目建設(shè)前、建設(shè)中、建設(shè)后各個(gè)階段進(jìn)行監(jiān)測，不僅可以對(duì)項(xiàng)目建設(shè)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)警，也可以為保險(xiǎn)公司的風(fēng)險(xiǎn)管理以及后期理賠提供數(shù)據(jù)支持。隨著IDI保險(xiǎn)行業(yè)的推廣與制度的完善，光學(xué)遙感觀測技術(shù)的應(yīng)用場景會(huì)更加廣泛。

作者：張賀峰 特日根 儀鋒 趙宇恒 劉欣悅 單位：長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司