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集成注意力机制和扩张卷积的道路提取模型

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目的 为解决当前遥感影像道路提取方法普遍存在的自动化程度低、提取精度不高和由于样本数量不平衡导致的模型训练不稳定等问题,本文提出一种集成注意力机制和扩张卷积的道路提取模型(attention and dilated convolutional U-Net,A&D-UNet).方法 A&D-UNet聚合网络模型以经典U-Net网络结构为基础,在编码部分引入残差学习单元(residual learning unit,RLU),降低深度卷积神经网络在训练时的复杂度;应用卷积注意力模块(conv-olutional block attention module,CBAM)从通道和空间维度两个方面优化分配权重,突出道路特征信息;并使用扩张卷积单元(dilated convolutional unit,DCU)感受更大范围的特征区域,整合道路的上下文信息.采用二进制交叉熵(binary cross entropy,BCE)和Dice相结合的复合损失函数训练模型,减轻遥感影像中样本数量不平衡导致的模型不稳定.结果 在公开的美国马萨诸塞州和Deep Globe道路数据集上进行模型验证实验,并与传统的U-Net、Link-Net和D-LinkNet图像分割模型对比分析.在美国马萨诸塞州道路测试集上,本文构建的A&D-UNet模型的总体精度、F1分数和交并比等评价指标分别为95.27％、77.96％和79.89％,均优于对比算法,在测试集中对线性特征明显、标签遗漏标记以及存在树木遮挡的道路区域具有更好的识别效果;在Deep Globe道路测试集上,A&D-UNet模型的总体精度、F1分数和交并比分别为94.01％、77.06％和78.44％,且对线性特征明显的主干道路、标签未标记的狭窄道路以及阴影遮挡的城市道路都具有较好的提取效果.结论 本文提出的A&D-UNet道路提取模型,综合了残差学习、注意力机制和扩张卷积的优点,有效提升了目标分割的性能,是一种提取效果较好、值得推广的聚合网络模型.
Road extraction model derived from integrated attention mechanism and dilated convolution

王勇、曾祥强

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中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室,北京 100101

中国科学院大学资源与环境学院,北京 100049

道路信息 残差学习单元(RLU) 卷积注意力模块(CBAM) 扩张卷积单元(DCU) 损失函数

2017YFB0503005ZDRW-KT-2020-2-2Tianjin-IMP-2

2022

中国图象图形学报
中国科学院遥感应用研究所,中国图象图形学学会 ,北京应用物理与计算数学研究所

中国图象图形学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.111
ISSN：1006-8961
年,卷(期)：2022.27(10)
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