测绘科学2024,Vol.49Issue(7) :56-65.DOI:10.16251/j.cnki.1009-2307.2024.07.007

多尺度与注意力聚合的隧道点云语义分割方法

Multi-scale attention aggregation graph convolution for tunnel point cloud semantic segmentation

黄星霖 张星 李清泉 周宝定
测绘科学2024,Vol.49Issue(7) :56-65.DOI:10.16251/j.cnki.1009-2307.2024.07.007

多尺度与注意力聚合的隧道点云语义分割方法

Multi-scale attention aggregation graph convolution for tunnel point cloud semantic segmentation

黄星霖 1张星 1李清泉 2周宝定3
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作者信息

  • 1. 深圳大学建筑与城市规划学院,广东 深圳 518060;深圳大学广东省城市空间信息工程重点实验室,广东 深圳 518060;深圳大学空间信息智能感知与服务深圳市重点实验室,广东 深圳 518060;深圳大学自然资源部大湾区地理环境监测重点实验室,广东 深圳 518060
  • 2. 深圳大学广东省城市空间信息工程重点实验室,广东 深圳 518060;深圳大学空间信息智能感知与服务深圳市重点实验室,广东 深圳 518060;深圳大学自然资源部大湾区地理环境监测重点实验室,广东 深圳 518060;深圳大学土木与交通工程学院,广东 深圳 518060
  • 3. 深圳大学土木与交通工程学院,广东 深圳 518060
  • 折叠

摘要

针对在低照度和弱纹理复杂的隧道环境中,采用三维激光扫描技术采集点云数据,点云语义分割精度难以保障的问题,提出一种基于点云动态图卷积网络改进的隧道点云语义分割网络(TDGCNN).该网络采用多尺度策略改进边缘卷积层,扩展邻域范围,以增强对边缘特征的获取能力;同时,引入两种注意力机制,对特征进行聚合和学习,去除冗余特征.实验结果表明,TDGCNN在隧道点云数据集上的总体精度(OA)达到98.78%,平均交并比(mIoU)为84.95%,表现优于DGCNN、PointNet、PointNet++及GeoSegNet.在 WHU-TLS数据集上的验证了 TDGCNN对不同隧道场景的鲁棒性,通过消融实验则证实了网络中加入的两种策略的有效性,表明 了 TDGCNN能有效利用不同层次的特征,提升隧道点云语义分割精度.

Abstract

In low-light and weak-texture tunnel environments,3D laser scanning technology is commonly employed to collect point clouds,which are then processed using semantic segmentation algorithms to extract semantic information for environmental perception and understanding.Addressing the complexities of tunnel scenarios,this study introduces an improved tunnel point cloud semantic segmentation network(TDGCNN)based on dynamic graph convolution networks(DGCNN).The network employs a multi-scale strategy to enhance the edge convolution layers,thereby expanding the neighborhood scope to better capture edge features.Additionally,two attention mechanisms are incorporated to aggregate and refine features,effectively reducing redundancy.Experimental results demonstrate that TDGCNN achieves an overall accuracy(OA)of 98.78%and a mean intersection over union(mIoU)of 84.95%on real tunnel point cloud datasets,outperforming existing methods such as DGCNN,PointNet,PointNet++,and GeoSegNet.Validation on the WHU-TLS dataset confirms the robustness of TDGCNN across various tunnel scenarios.Ablation studies further validate the effectiveness of the integrated strategies,indicating that TDGCNN efficiently utilizes multi-level features to enhance the precision of tunnel point cloud semantic segmentation.

关键词

隧道三维点云/语义分割/多尺度/注意力机制

Key words

tunnel 3D point cloud/semantic segmentation/multi-scale/attention mechanism

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基金项目

国家重点研发计划项目(2022YFB3904602)

国家自然科学基金项目(42071434)

出版年

2024
测绘科学
中国测绘科学研究院

测绘科学

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:0.774
ISSN:1009-2307
参考文献量33
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