张贺峰 特日根 仪锋 赵宇恒 刘欣悦

【摘  要】IDI保险是工程质量类保险的一种，在国内主要应用于住宅项目。IDI保险需要在工程建设的全过程中进行质量管控和风险评估。常规水准检测、GPS等技术难以满足IDI保险对风险建筑进行大范围、快速、长期监测的需要。光学遥感观测技术是一种可以实现大面积地物监测的遥感观测技术，该技术可以为IDI保险的监测工作提供数据信息支持。论文整理了近几年关于光学遥感观测技术应用于建筑高度监测的文献，对分类法、边缘检测法、阈值法进行介绍和总结，说明光学遥感观测技术在IDI保险行业中有较高的应用价值和广阔的应用前景。

【Abstract】IDI insurance is a kind of engineering quality insurance， which is mainly used in residential projects in China. IDI insurance needs to carry out quality control and risk assessment in the whole process of engineering construction. Detection of conventional leveling， GPS and other technologies are difficult to meet the needs of IDI insurance for large-scale， fast and long-term monitoring of risky buildings. Optical remote sensing observation technology is a kind of remote sensing observation technology which can realize large area ground object monitoring. This technology can provide data information support for the monitoring work of IDI insurance. This paper sorts out the literature on the application of optical remote sensing observation technology in building height monitoring in recent years， introduces and summarizes the classification method， edge detection method and threshold method， and indicates that the optical remote sensing observation technology has high application value and broad application prospect in IDI insurance industry.

【关键词】光学遥感观测技术;IDI保险;建筑高度;建筑阴影

【Keywords】optical remote sensing observation technology; IDI insurance; building height; building shadow

【中图分类号】P237;F842.6                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）01-0150-03

1 引言

建筑工程质量潜在缺陷保险（Inherent Defects Insurance，以下简称IDI保险）是工程质量类保险的一种，是承包建筑工程在竣工后的保险期限内，针对因勘察设计缺陷、施工缺陷或材料缺陷等竣工时尚未发現的潜在缺陷造成的建筑结构、防水工程或其他约定项目出现影响安全或使用的物质损失保险。

我国于2005年引入IDI保险，先后在北京、上海等城市开展试点运行。目前，IDI保险在国内处于推广期，主要应用于住宅项目。根据各试点城市制定的IDI保险实施细则，建筑结构安全是IDI保险中风险最大的一项，具体包括建筑整体或局部倒塌、地基不均匀沉降等[1]。因此，建筑物安全隐患排查、研究建筑基础和主体结构损坏的现象和机理，并实现快速准确的风险预测是IDI保险风险管理的主要任务。

当前，IDI保险关于建筑物的监测和风险管理，主要依靠保险公司工作人员和第三方监测机构。随着IDI保险的推广以及投保项目数量和类型的增加，人工的监测效率会大大降低[2]。所以需要一种技术手段，能够对目标区内所有建筑物进行全覆盖、长时间、连续和高精度的形变监测与风险分析，协助保险公司进行风险管理[3]。

光学遥感观测技术是一种监测范围广、成本低、效率高，可以长期定点监测的遥感观测手段[4]。一方面，光学遥感观测技术在建筑物识别、建筑物高度推算等方面都达到了较高的计算精度，可以对建筑物的主体结构进行大范围、周期性的监测;另一方面，对比多时相遥感数据，可以掌握建筑的倾斜和沉降情况。光学遥感观测技术在这两方面的研究成果均可应用于IDI保险行业的风险评估，为IDI保险行业建立完善的建筑物风险评估体系提供支持。

2 光学遥感观测技术在建筑高度计算方面应用的研究概况

光学遥感观测技术是遥感技术的一种，利用可见光、近红外和短波红外传感器对地物进行特定电磁谱段的成像观测，获取和分析被观测对象的光学特征信息。近年来，光学成像、电子学与空间技术的飞速发展，高空间、高光谱和高时间分辨率遥感技术不断取得突破，光学遥感观测技术已成为目前对地观测和空间信息观测领域中应用最为广泛的技术手段[5]。

在光学遥感观测技术中，获取建筑物高度的主要方法为阴影侧高法，该方法根据遥感图像中建筑阴影长度推算建筑高度，然后进一步分析建筑变化。

2.1 阴影测高法原理介绍

阴影与建筑物高度关系如图1所示。

其中，H为建筑物高度;L为阴影长度;α、β分别为卫星和太阳的高度角;δ为太阳和卫星方位角的交角。建筑物高度计算方法为：

当太阳和卫星在建筑物两侧时，建筑物高度H的计算方法可简化为[6]：

阴影测高法首先在遥感图像中识别和提取目标建筑的阴影，然后根据阴影长度、卫星方位角、太阳高度角计算建筑高度。该方法只需要单张高分辨率遥感影像就可建立建筑物与阴影的成像集合模型。常用的阴影侧高法主要有分类法、边缘检测法、阈值法[7]。

2.2 分类法

分类法首先对遥感图像进行分割，然后使用同质像素组成大小不同的对象，最后根据对象的形状、大小、纹理、空间关系等特征提取建筑物及其阴影。如田峰等[8]提出利用多尺度分割将遥感图像分割成若干对象，结合光谱、形状、形态学阴影指数等特征面向对象分类，相对准确提取出建筑物的阴影并计算阴影的长度，进行城市建筑物高度估计。结果显示，90%的估计结果绝对误差小于1m。分类法是当前应用最广泛的利用阴影计算建筑物高度的方法。该方法可以有效对遥感图像进行分割，准确地提取建筑物和建筑阴影，具有較高的计算准确度。

近年来，随着深度学习算法在图像分割领域的快速发展，利用卷积神经网络模型对遥感图像进行特征提取、语义分割同样取得了较好的效果。如徐昭洪等[9]提出利用改进的U-net模型对建筑物区域进行像素级分割，获取其轮廓和尺寸信息，实验结果表明改进的U-net模型对遥感图像中建筑物的分割提取具有更高的精度，且对建筑密集区的小间隔建筑物的区分能力更强。

2.3 边缘检测法

边缘检测方法通过检测遥感图像中不同区域的边界灰度变化实现区域分割。如张祚等[10]提出基于建筑阴影形成的原理，提出综合利用边缘密度和HSV（hue-saturation-value，色调-饱和度-明度模型）颜色模型识别Google Earth二维影像中的高层建筑阴影，利用在线计算太阳高度角的工具，快速完成建筑高度和阴影长度的估算。龙恩等[11]提出基于同名特征的思想，实现平顶直边型建筑高度提取。在对同名直边检测与精确定位过程中，将其转化为阴影边界检测，主要采用基于边缘的图像分割和专家知识相结合的建筑物阴影提取技术。

边缘检测方法可以保留图像重要的结构信息，适合遮蔽少、房屋形体简单且较为独立的情况，当影像空间分辨率不够高、房屋类型多样，或者楼房间相互遮挡时，会降低建筑物提取的精度，无法保证高精度的建筑物提取结果[12]。

2.4 阈值法

阈值分割是一种简单有效的基于像素的图像分割技术，该方法根据每个像素点的特征值和阈值的大小关系，将像素点划分为不同类别[13]。如Xin Huang等[14，15]提出的形态学建筑指数（MBI）和形态学阴影指数（MSI）就是阈值分割方法中常用的特征依据。首先利用MBI和MSI构建特征图像，然后根据设定阈值将图像划分为建筑、阴影和其他地物，最后利用其他方法对目标区域进行细化处理。

阈值法主要优点在于实现简单、运算效率高。但遥感图像颜色复杂，包含图像元素较多，要达到较高的图像分割精度，需要在设计阈值计算方法时，结合图像本身的颜色特征以及空间特征。

3 其他应用场景

随着IDI保险行业的发展与推广，其承保项目会从住宅项目逐渐扩展到包括市政项目在内的各类工程，例如，高速公路建造工程、地铁建设工程、旅游区建设、桥梁、水坝等。光学遥感观测技术凭借其长期大面积捕获影像信息的优势可以在多个方面提供数据和技术支持。例如，高速公路建造工程中，选址期间可结合多期历史遥感影像数据分析选址沿线的地址环境，以及发生自然灾害的可能性。同时，还可以对工程进度进行监测。地铁建设项目中，利用光学遥感观测技术可以对沿线的地面沉降进行监测分析。旅游区建设中，可以利用该技术对地质景观元素特征进行解译以及进行地质景观特征值的三维量测与统计。

4 结语

本文首先介绍了IDI保险以及IDI保险在国内的发展情况。其次以住宅工程为例，列举近几年光学遥感观测技术在建筑高度测量、建筑变化监测方面的发展和应用。充分说明该技术在IDI保险行业具有一定的应用前景。最后分析了光学遥感观测技术在IDI保险未来发展中的应用场景。

总的来看，利用光学遥感观测技术，可对承保项目建设前、建设中、建设后各个阶段进行监测，不仅可以对项目建设过程中出现的问题进行预警，也可以为保险公司的风险管理以及后期理赔提供数据支持。随着IDI保险行业的推广与制度的完善，光学遥感观测技术的应用场景会更加广泛。

【参考文献】

【1】巩剑.工程质量潜在缺陷保险探析——以上海市为例[J].保险理论与实践，2018（12）：101-112.

【2】代建林，袁勇民，丁连军，等.卫星遥感技术在IDI保险风控中的应用研究[J].上海保险，2018（03）：28-31.

【3】沈体雁，何飞，史雪静，等.IDI风险管理新技术探索——基于InSAR技术的建筑形变风险评估[J].上海保险，2019（7）：47-51.

【4】中建协工程保险与担保分会.上海：建设工程质量缺陷保险为行业保驾护航[J].建筑，2017（11）：22-24.

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【6】赵强，杨志，苏红超，等.基于高分二号卫星遥感数据的建筑物高度提取[J].大气与环境光学学报，2019，14（6）：455-462.

【7】刘同华.基于全色遥感影像的建筑物高度提取方法研究[D].长春：长春理工大学，2017.

【8】田峰，陈冬花，黄新利，等.基于形态学阴影指数的高分二号影像建筑物高度估计[J].遥感技术与应用，2017，32（5）：844-850.

【9】徐昭洪，刘宇，全吉成，等.基于VGG16预编码的遥感图像建筑物语义分割[J].科学技术与工程，2019，19（17）：250-255.

【10】张祚，李泳佳，胡学敏，等.基于Google Earth的高层建筑快速高度估计与三维可视化——以武汉市为例[J].湖北大学学报（自然科学版），2017，39（2）：188-194.

【11】龙恩，汪源，孟钢，等.基于同名特征的建筑物高度高分影像提取方法[J].遥感技术与应用，2019，34（1）：107-114.

【12】张庆云，赵冬.高空间分辨率遙感影像建筑物提取方法综述[J].测绘与空间地理信息，2015（4）：78-82.

【13】马川，冯德俊，张丽.结合阈值分割和数学形态学的建筑物阴影检测[J].测绘，2012（4）：151-154.

【14】Huang X，Zhang L.A Multidirectional and Multiscale Morphological Index for Automatic Building Extraction from Multispectral GeoEye-1 Imagery[J].Photogrammetric Engineering & Remote Sensing，2011，77（7）：721-732.

【15】Huang X，Zhang L.Morphological Building/Shadow Index for Building Extraction From High-Resolution Imagery Over Urban Areas[J].Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing， IEEE Journal of，2012，5（1）：161-172.