吉林大学学报(地球科学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (5): 1757-1773.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20240186

• 地球探测与信息技术 • 上一篇    下一篇

SSC-SeNet:一种融合点云与影像数据的露天矿区建筑物语义分割算法

冯媛媛1, 2,李朝奎2,刘松焕2,田沁3   

  1. 1.湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南湘潭411201

    2.湖南科技大学测绘遥感信息工程湖南省重点实验室,湖南湘潭411201

    3.自然资源部城市国土资源监测与仿真重点实验室,广东深圳518034

  • 出版日期:2025-09-26 发布日期:2025-11-15
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(42171418);自然资源部城市国土资源监测与仿真重点实验室开放课题(KF-2023-08-09);湖南省自然资源科技计划(20230122CH);实景三维建设与应用技术湖南省工程研究中心开放课题(3DRS2024H3);湖南省地理空间信息工程技术研究中心开放课题(HNG12023005)

SSC-SeNet: A Semantic Segmentation Algorithm for Buildings in Surface Mining Areas by Fusing Point Cloud and Image Data

Feng Yuanyuan1,2, Li Chaokui2,Liu Songhuan2, Tian Qin3   

  1. 1. School of Resource Environment and Safety Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, Hunan, China

    2. Hunan Provincial Key Laboratory of Geo-Information Engineering in Surveying, Mapping and Remote Sensing, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, Hunan, China

    3. Key Laboratory of Monitoring and Simulation of Urban Land Resources, Ministry of Natural Resources, Shenzhen 518034, Guangdong, China

     

  • Online:2025-09-26 Published:2025-11-15
  • Supported by:
    Supported by the National Natural Science Foundation of China (42171418), the Open Project of Key Laboratory of Monitoring and Simulation of Urban Land Resources, Ministry of Natural Resources (KF-2023-08-09), the Natural Resources Science and Technology Plan of Hunan Province (20230122CH), the Open Project of Hunan Engineering Research Centre for Realistic 3D Construction and Application Technology (3DRS2024H3) and the Open Project of Hunan Geospatial Information Engineering and Technology Research Centre of Hunan Province (HNG12023005)

摘要:

矿区建筑物分割大多采用U-Net编码器-解码器网络结构,而编码器-解码器结构并未充分利用语义特征和空间特征从而导致分割精度低。针对现有建筑物提取方法存在的缺陷,提出了语义空间一致性语义分割网络(semantic spatial consistency semantic segmentation network,SSC-SeNet)。该网络首先利用多通道结构,实现了语义特征、空间特征和一致性特征的提取融合;其次在主通道的前三层坐标卷积处引入空间提取通道,并针对空间特征的进一步提取设计了Gabor傅里叶滤波器;然后在主通道的每一层常规卷积块处引入语义提取通道,提高了语义特征提取能力;最后采用特征融合模块将空间提取通道、语义提取通道和主通道的特征进行融合,并生成最后的分割图像。在分辨率为0.03 m的湘潭锰矿建筑物数据集上进行的试验结果表明,SSC-SeNet的交并比高达88.47%,整体准确度达97.09%,均显著优于U-Net等传统网络。此外,得益于其轻量化特点,该模型成功克服了过拟合问题。



关键词: 矿区建筑物提取, 语义分割, SSC-SeNet, 注意力机制, 坐标卷积, 卷积神经网络, 特征融合

Abstract:

The U-Net encoder-decoder network structure is used to partition most buildings in mining areas, but the encoder-decoder structure does not make full use of the semantic and spatial features, resulting in low segmentation accuracy. Aiming at the defects of existing building extraction methods, a semantic spatial consistency semantic segmentation network (SSC-SeNet) is proposed. Firstly, the network uses a multi-channel structure to extract and integrate semantic features, spatial features, and consistency features. Secondly, a space extraction channel is introduced in the first three coordinate convolution of the main channel, and a Gabor Fourier filter is designed for further extraction of spatial features. Then, a semantic extraction channel is introduced at each layer of conventional convolution blocks in the main channel to improve the capability of semantic feature extraction. Finally, the feature fusion module is used to fuse the features of spatial extraction channel, semantic extraction channel and main channel, and the final segmentation image is generated. Experiments on the building data set of Xiangtan manganese mine with a resolution of 0.03 m show that the crossover ratio of SSC-SeNet is as high as 88.47% and the overall accuracy is 97.09%, both of which are ahead of mainstream traditional networks such as U-Net, and overfitting problems are overcome due to its lightweight characteristics.


Key words: mining building extraction, semantic segmentation, SSC-SeNet, attention mechanism, coordinate convolution, convolutional neural network, feature fusion

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