机器学习在车载激光点云分类中的应用研究

点云信息分类提取与利用是车载移动测量系统的关键技术,提高车载激光点云分类的智能化已成为当代信息科学技术发展所面临的重要问题.从分析点云的特征入手,采用机器学习方法对车载激光点云的行道树提取进行了大量实验研究.首先,在点云原始特征的基础上,根据其局部几何特征及空间分布,构造了由三维空间位置、回波强度、颜色值、法向量、单位投影密度、残差及回波强度维度内的残差等17个特征值组成的点云高维特征向量,然后采用支持向量机和人工神经网络两种机器学习方法分别对行道树点云进行提取实验.实验中采用了粒子群优化算法对支持向量机进行参数寻优,采用所构造的由17个特征值构成的特征向量对点云进行机器学习,两种学习方法的行道树点云分类精度分别可以达到99.75%和99.25%.实验结果表明,采用机器学习的方法对于提高车载激光点云分类自动化程度和智能化水平具有重要意义和作用.     

自嵌套波形的特征层次树表达及波形分类系统

基于波峰、波谷的支配与从属关系,对具有自嵌套结构的波形提出了一种特征层次树描述方法,并建立了相应的波形分类系统.给出了作为树结点的主导峰(谷)的概念及识别算法,和波形特征层次树的生成算法及树结点的表达方式,分析了特征层次树的表达特点,还讨论了波形分类系统中基于这种表达方法的两种分类算法.     

基于等距变换的三维点云相似性检测算法

本文研究目的是运用基于等距变换的三维点云相似性检测算法来为三维点云识别和分类问题提供新的方法.该研究方法利用投票空间的思想,认为相似的点对具有相同的等距变换.首先,通过B样条参数曲面拟合表达物体形状.其次,定义了一种主曲率和法向量组成的局部几何特征来匹配特征点对.计算点对特征之间的等距变换,将等距变换进行分类,比较同类等距下点对间特征的等距距离.最后,在每类等距变换下,对具有相同近似等距的点对进行基于PCA的聚类算法,从而得到相似点对之间构成的相似区域.实验研究结果显示在通过普林斯顿和TOSCA点云数据集下测试,对原始点云进行等距变换、噪声、降采样的处理后,能够检测到物体形状上的相似区域.研究结论:通过实验,验证了算法的可行性和鲁棒性,该方法简化了数据的预处理的过程,能够高效检测物体模型的相似性,对三维点云的分类和识别问题有着很好的应用前景.     

基于自动提取特征点的三维人脸表情识别

为实现完全自动的人脸表情识别,提出一种基于自动提取三维及二维特征点的三维人脸表情识别算法.该算法采用在三维点云、深度图像以及三维点云对应的二维特征图像上分别自动获得特定特征点,并将非点云上获得的特征点映射回三维点云以获得全部需用特征点的方法.基于这些自动获取的特征点得到三维欧氏距离组成25维特征向量以待分类.通过运用支持向量机作为分类器,取得了平均87.1%的6种基本表情的分类结果,其中惊讶、开心表情的分类结果分别达到了92.3%和91.7%.      

基于可见光-近红外光谱的煤种分类方法

利用便携式地物光谱仪SVC HR-1024对92个烟煤和58个褐煤样本进行光谱测试,烟煤和褐煤在可见光-近红外波段光谱特征差异明显,褐煤的光谱反射率及其斜率均明显高于烟煤.在光谱特征分析的基础上,利用MAO模型法、随机森林法、BP神经网络法和ELM算法进行煤种分类.结果表明:MAO模型法和随机森林法的分类结果较优.若进行大面积、快速遥感识别时,对分类时间要求较高,应选择MAO模型法;若是小面积单一矿区分类,对分类准确率要求较高,选择随机森林法较为恰当.     

基于区域增长的城区机载激光雷达数据的分类算法研究

机载LIDAR从城区点云数据中获取建筑物脚点并进行建筑物重建是当前的一个研究热点与难点。目前点云数据的分类算法在城市区域建筑物和树木靠得很近时,则会将建筑物和树木错误的融合到一个类别中,从而难以准确地提取建筑物。本文综合考虑建筑物和植被点云的高程纹理信息和多重回波信息的不同特性,提出一种直接针对原始离散LIDAR点云数据的建筑物和植被区分的分类算法。试验结果表明,本文提出的算法能正确识别建筑物和植被且不受建筑物的形状、大小、结构影响,也不受植被的分布密集度和分布形态的影响。     

混合滤波与改进双边滤波的点云去噪算法

激光扫描获取的曲面零件点云中包含的噪声点将影响零件的曲面拟合精度.提出了一种根据噪声分类分步降噪及光顺方法，利用kd tree结合K-means聚类算法去除离群点噪声，引入采样点曲率改进双边滤波因子，对非离群点噪声进行光顺.利用该方法对液力变矩器导轮叶片点云进行去噪，并与利用三坐标测量机接触式测量获得的叶片局部测量结果配准比较.实验结果表明，70%以上的接触式扫描测量点与利用本文方法去噪后的叶片点云之间的偏差在±10μm之间.表明该方法可以很好地保留扫描物体的几何特征，获得的点云模型能够满足后续模型重建的精度要求.     

基于机载LiDAR属性信息检测离群点云

无人机载LiDAR是一种新型遥感技术,可快速获取高密度、高精度的地物点云数据,随着获取精度越高,点云数据量越大。为减少参与点云滤波处理的数据量,提高滤波速度,本文结合点云回波次数、高度和点云回波强度三种属性信息,采用箱形图检验方法获取非地面点云,并使用反复建立三角网方法分别对处理前后的点云数据进行对比分析。结果表明:针对截取的试验区点云数据,可去除多次回波对应的噪声点云363个,得到第1次和第2次回波分别占点云总数的98.49%和1.49%;高度和强度离群的点云共占点云总数的1.46%。通过对点云进行滤波前期的处理,可降低滤波时间32.2s,且保留地面点云2551个。本文研究利用箱形图检测点云属性获取离群值,可提高点云处理速度和降低地面点云漏分的现象,为后期直接利用统计方法对点云属性信息分析和实现快速处理海量点云提供参考。     

面向三维残缺点云图像的数据精简方法

为解决残缺点云模型数据精简时边界特征容易失真的问题,以汽车覆盖件中的薄壁类零件为研究对象。提出一种保留残缺点云边界特征的数据精简方法。借助KD-tree建立数据索引结构,获取数据点最近邻,并通过邻域点拟合出微切平面的方法,计算出点云数据的法向量。利用法向量夹角大小关系,选取边界以及孔洞特征点的初始种子点。再根据欧氏距离实现初始种子点的邻域搜索,从而完成边界以及孔洞邻域特征点的提取。根据曲率精简的方法,对非特征点进行数据精简,最后,合并特征点云与非特征点云,实现对残缺点云模型的数据精简。将随机精简法、曲率精简法分别用于点云模型精简处理,结果表明：相比于其他两种方法,所提方法更好地保留了模型边界以及孔洞邻域特征数据点,其标准偏差、曲面表面积变化率优于其他两种方法且变化相对稳定。     

保留边界特征的点云简化算法

为有效简化点云数据,提出保留边界特征的点云简化算法。该算法利用三维栅格划分法建立散乱点云的空间拓扑关系,计算每个数据点的近邻,通过球拟合法求得其曲率和具有方向性的法向量,采用投影点个数比值法找到并保留点云边界,根据具体情况设定所需阈值,对非边界点进行分类,通过对点的曲率与平均曲率比较、近邻保留点与近邻点个数比例,完成点云简化。实验结果表明：该算法不仅能对点云进行直接有效地简化,而且还能很好地保留点云模型的细节特征,简化比例达25％～40％。该方法可以满足不同种类点云简化的要求,能够提高计算机运行效率。     

基于局部均值分解和迭代随机森林的脑电分类

为实现癫痫患者的脑电信号有效识别,进而提高患者的生活质量,针对脑电信号的非平稳、非线性特点, 提出一种基于局部均值分解和迭代随机森林相结合的脑电信号分类方法。首先利用局部均值分解将脑电信号 分解成若干个乘积函数分量和一个残余分量,然后对所有分量进行特征提取,并使用支持向量机、随机森林和 迭代随机森林方法进行分类。实验结果表明,迭代随机森林的分类准确率高于支持向量机和随机森林方法。 此方法为准确识别癫痫脑电信号提供了一个可行有效的途径,具有较好的推广和应用价值。     

基于形态学属性剖面和单类随机森林分类的道路路域新增建筑物提取方法

提出一种利用形态学属性剖面和单类随机森林分类的道路路域新增建筑物提取方法。用该方法计算路域范围内两时相高分辨率遥感影像的形态学属性剖面, 将得到的形态学属性剖面与光谱特征叠加, 采用改进的单类随机森林分类方法直接提取新增建筑物。以北京市稻香湖地区两时相高分辨率影像作为实验数据, 对比分析该方法与经典两时相直接分类及分类后比较方法的新增建筑物提取精度。结果表明, 综合利用形态学属性剖面和光谱特征提取得到的新增建筑物提取精度比仅使用光谱特征的提取精度显著提高, 其中Kappa系数提高15.11%。此外, 该方法提取结果的Kappa系数比两时相直接分类方法提高1.78%, 比分类后比较方法提高25.15%, 验证了所提方法的有效性。所采用的单类随机森林方法能够有效地处理高维数据, 并可以度量不同特征对分类结果的重要性。     

基于特征优选的随机森林算法在湿地信息提取中的应用——以湖北洪湖湿地自然保护区为例

以湖北洪湖湿地自然保护区为研究区,采用随机森林算法对研究区内湿地信息提取.以Sentinel-2A遥感影像为数据源提取光谱特征、植被指数、水体指数、红边指数、纹理特征等特征变量,在随机森林算法框架下,对不同特征变量进行特征重要性评估,比较分类后精度并对特征组合进行优选.将基于随机森林算法的分类精度与传统的基于像元的支持向量机分类方法和最大似然分类方法的分类精度相比较,并通过双比例Z检验比较各算法中正确分类像元的比例统计各分类算法之间的分布差异.结果表明： 1) 特征个数为13时,分类精度达到最大,随着特征个数的增多,分类精度呈现波动减小的趋势; 2) 特征变量中蓝光波段重要性得分最高,达到2.85,可见光(B2、B3)与红边指数(IRECI、MCARI)重要性排名靠前,对于提取湖泊湿地信息具有重要意义; 3) 基于特征优选的随机森林方法分类精度优于支持向量机和最大似然法分类后的精度,其总体精度分别高出6.02%和7.57%;经检验, χ2分别达到25.891和38.895,具有显著差异,表明基于特征优选的随机森林算法分类对湿地信息提取发挥重要作用。     

基于非参数分类算法和多源遥感数据的单木树种分类

【目的】通过研究随机森林(random forest, RF)特征筛选对单木树种分类精度的影响,以及多源遥感数据协同下单木树种分类的有效性,分析不同特征对单木树种分类的影响程度。【方法】以东北林业大学帽儿山实验林场中林施业区的两块100 m×100 m样地为研究对象,首先,以机载激光雷达(LiDAR,light detection and ranging)和多光谱遥感CCD(charge coupled device)影像为数据源,分别基于机载LiDAR数据提取高度、强度和树冠大小等共37个特征,基于CCD影像提取光谱和纹理共21个特征;其次,以随机森林方法进行特征筛选,之后以随机森林和支持向量机(support vector machine, SVM)两种非参数分类器,结合不同数据源和特征,采用12种分类方案,利用总体精度(overall accuracy, OA)、用户精度(user’s accuracy, UA)和生产者精度(producer’s accuracy, PA)对分类结果进行对比与精度评价。【结果】经随机森林特征筛选后,分类结果优于未进行特征筛选的结果,总体精度可以平均提高3.47%,使用机载LiDAR和CCD影像协同分类相较于仅使用CCD影像总体精度平均提高6.07%。【结论】随机森林特征筛选可以优化特征,减少特征冗余,提高分类精度;多源数据结合也可以提高分类精度;在多源数据结合时,光谱特征最重要,LiDAR提取的强度特征相较于高度特征更稳定。     

改进的八邻域搜索提取建筑物立体特征方法

针对目前常用的八邻域搜索方法在提取具有斜面屋顶的建筑物3D特征精度不高问题,设定较小的高程差阈值,利用八邻域搜索方法提取建筑物,提高算法对建筑物的提取的正确率;利用待判断点周围4个方向的梯度差分完成对地物点云的二次提取,提高建筑物提取的完整率;用连通域内点的个数表示实际场景中的面积大小,设定合理阈值,可以剔除植被面片和其他地物面片。实验结果表明,改进后的方法明显提高了从混合点云中提取建筑物的正确率和完整率,提高了算法对坡度较大的斜面屋顶3D特征提取的适应性。     

基于谷歌地球引擎的开封城区2010—2019年水体分布变化研究

为了研究开封市年际水体分布变化,选用Landsat系列多时相影像数据,在谷歌地球引擎google earth engine(GEE)云平台上结合归一化水指数、改进的归一化水指数、归一化植被指数以及归一化建筑指数构建光谱特征使用分类回归树、支持向量机、随机森林分类方法对开封市城区的水体进行提取并分析.结果表明:基于GEE云平台和机器学习的分类,能够很好地提取出开封市城区年际水体分布变化情况;开封市城区的水体面积处于不断变化中,先减少后增加,总体上趋于增加,随着城市的发展变化,城区的景观格局发生较大改变,影响开封市水体面积产生变化的主要因素是北部黄河水量的变化以及开封市近年来正在实施的"城市双修"对水体的影响;使用随机森林分类能更好地对开封市城区的水体进行提取,提取水体的最小精度为94.6％,平均总体分类精度为96.9％,平均Kappa系数为0.954.     

基于随机森林和支持向量机的分类特征选择

由于数据具有海量、高相关性和非线性的特点,所以如何选择原始数据的本质特征,是关系到能否有效提高问题分类器推广能力的关键问题。本文讨论了目前基于所有特征以及词袋和词序列袋的特征选择方法,提出了采用随机森林和支持向量机(SVM)相结合的方法来进行特征选择。实验证明,此方法能够有效地选择分类特征,从而提升问题分类的效率和精度。     

基于PALSAR全极化数据的城市森林蓄积量估测

全极化雷达数据能够反映目标的全极化散射特征,在森林参数反演中具有较大的应用价值。笔者以南京紫金山国家森林公园为研究对象,以2011年的全极化雷达数据PALSAR和2012年120块野外调查样地为主要信息源,从Pauli和Cloude目标分解特征值、HH(horizontal-horizontal,水平)和HV(horizontal-vertical,水平垂直交互)两种极化状态的后向散射系数、比值植被指数、地形、人为干扰等方面,提取13个因子作为自变量,采用多元线性回归、人工神经网络、K最邻近分类算法、决策与回归树、装袋算法、随机森林6种方法建立遥感估测模型,进行森林蓄积量的估测。研究表明:①在6种遥感估测模型中,随机森林综合性能最高,装袋法次之,多元线性回归最低; ②海拔、坡向等地形因子,以及地物的雷达回波散射特征是影响研究区域森林蓄积量估测的重要变量; ③研究区单位面积蓄积量的空间分布呈现出由里向外逐渐降低的带状分布格局。     

基于多元数据特征和改进随机森林的智能配电网异常数据辨识

智能配电网异常数据的准确辨识对于提高电网安全运行和调度具有重要意义。本文提出一种基于多元数据特征和改进随机森林算法的异常数据辨识方法。首先,在分析异常数据辨识过程的基础上,利用k-means、箱线图法等提取原始数据异常特征;考虑配电网技术需求,挖掘电网运行的衍生特征。然后,针对类不平衡问题提出结合过采样方法的混合Bootstrap抽样和加权投票策略,引入信息增益率优化最优特征选择,增加算法稳定性。最后,仿真分析了决策树数量和衍生特征对算法辨识性能的影响,并与支持向量机、神经网络等算法进行性能比较。实验结果表明本文方法有效、合理,具有优异的辨识性能和效率。     

Chinese Sentiment Classification Using Extended Word2Vec

Sentiment analysis is now more and more important in modern natural language processing,and the sentiment classification is the one of the most popular applications.The crucial part of sentiment classification is feature extraction.In this paper,two methods for feature extraction,feature selection and feature embedding,are compared.Then Word2Vec is used as an embedding method.In this experiment,Chinese document is used as the corpus,and tree methods are used to get the features of a document:average word vectors,Doc2Vec and weighted average word vectors.After that,these samples are fed to three machine learning algorithms to do the classification,and support vector machine(SVM) has the best result.Finally,the parameters of random forest are analyzed.