来源 :航天宏图2023-03-16
近日，IEEE GRSS DFC 2023国际遥感数据融合大赛结束激烈比拼。来自中国、美国、瑞典、日本、印度、德国、比利时、泰国、土耳其等全球25个国家和地区的700余支队伍，经过为期三个月的初赛、决赛激烈角逐，航天宏图PIESAT-AI团队在“建筑物实例分割与屋顶细粒度分类”与“面向多任务学习的城市建筑物提取与高度估计”双赛道，均获得第一名的好成绩。
▲“建筑物实例分割与屋顶细粒度分类”Track1赛道成绩排名
▲“面向多任务学习的城市建筑物提取与高度估计”Track2赛道成绩排名
DFC（Data Fusion Contest）大赛是由国际地球科学与遥感协会图像分析与数据融合(IEEE GRSS IADF)技术委员会发起的，遥感领域专业水平最高、影响力最广泛的国际学术科技竞赛之一。DFC大赛每年都会吸引全球大量的遥感领域顶尖高校、研究单位等专业人员参赛，旨在促进利用多源遥感数据解决实际问题方面的能力。欧空局、美国约翰霍普金斯大学、德国慕尼黑工业大学等国际知名科研机构都曾参与过历届赛事承办。2023届DFC大赛是自2006年举办至今，首次由中国牵头承办的一届大赛。大赛以“面向城市语义重建的大规模建筑物细粒度分类”为主题，具备多模态、国产化等特色，旨在利用国产多源遥感数据，旨在推动遥感建筑物提取与三维重建领域的研究向更加精细化的屋顶细粒度分类识别方向发展，助力提升我国高分数据成果在国际遥感领域的使用与影响。
本届大赛构建国际首个结构精细化标注的大规模城市建筑物数据集，设置了两个极具挑战性的赛道，包括：
(1)建筑物实例分割与屋顶细粒度分类
从高分辨率光学和SAR卫星图像中实现建筑物的实例分割与屋顶细粒度分类，探究光学和SAR数据的融合对建筑物提取效能的影响。
▲赛道一数据示例，输入光学和雷达卫星影像，预测12种屋顶分类
(2)面向多任务学习的城市建筑物提取与高度估计
从高分辨率光学和SAR卫星图像中实现建筑物的提取与高度估计，探究多任务联合学习间的特征共享与信息互补机制。真值数据包括建筑物提取信息与nDSMs信息。
▲赛道二数据示例，输入光学和雷达卫星影像，估计建筑轮廓和高度
航天宏图信息技术股份有限公司的PIESAT-AI团队参加了本次赛事。针对全球遥感影像异质多样，建筑阴影、云雾遮挡，屋顶细粒度分类中的长尾分布，高度估计与建筑提取存在任务差异等问题，探索多数据增强方式、多骨干网络、多损失函数、多模型融合方法，构建具有优秀性能的建筑细粒度语义分析大模型。
在赛道一“建筑物实例分割与屋顶细粒度分类”中，团队采用了Cascade Mask RCNN、CBNetV2、HTC++、RefineMask等多种实例分割框架，在网络训练中综合使用CrossEntropy、Smooth L1、GIoU、SeeSaw等损失函数及重复因子采样（RFS）、标准尺度抖动(SSJ)、复制-粘贴（CopyPaste）等数据增强方式来提升模型的泛化性能，克服弱小目标、小样本、数据分布不均匀对模型性能的影响，模型评测AP50及mAP两项指标位列决赛榜首。
在赛道二“面向多任务学习的城市建筑物提取与高度估计”中，团队采用Encoder-Decoder主体结构，融合ConvNeXtV2-base编码器及UPer解码器，增加基于nDSM分组的分割分支，用于更精确的建筑基底回归，获得准确的高度估计和建筑提取结果。团队提交模型在决赛中评测综合得分获得第一名。
近年来，随着遥感技术水平的不断提高，卫星的空间和时间分辨率、重访率及精度稳步提升，遥感卫星功能日趋强大。用户群体从以政府为主转向政府、企业和大众并重，市场规模不断扩大。国家航天局出台《民用卫星遥感数据管理暂行办法》和《国家民用卫星遥感数据国际合作管理暂行办法》对遥感卫星数据应用进行规范，国务院在《乡村建设行动实施方案》、《气象高质量发展纲要（2022-2025）》、《“十四五”国家应急体系规划》和《2030年前碳达峰行动方案》等多项规划和方案中均明确对遥感卫星行业的扶持。各项政策、规划对商业遥感卫星行业的支持，使遥感卫星服务市场进入发展快车道，极大促进我国遥感卫星技术和应用的高速发展。
本次比赛，航天宏图参赛队伍从建筑语义分析框架、数据增强方式、损失函数设计、模型融合等方面进行技术创新，可广泛应用于大规模复杂城市三维建模、数字孪生与应急规划等领域。航天宏图将持续研发人工智能、多源感知、大模型等技术在遥感卫星领域的应用与创新，发射女娲星座抢占商业卫星互联网产业新高地，为打造遥感卫星应用中的“GPT-4大模型”进行有益的技术探索和实践。