Automatic damage assessment based on UAV-derived 3D point clouds can provide fast information on the damage situation after an earthquake. However, the assessment of multiple damage grades is challenging due to the variety in damage patterns and limited transferability of existing methods to other geographic regions or data sources. We present a novel approach to automatically assess multi-class building damage from real-world multi-temporal point clouds using a machine learning model trained on virtual laser scanning (VLS) data. We (1) identify object-specific change features, (2) separate changed and unchanged building parts, (3) train a random forest machine learning model with VLS data based on object-specific change features, and (4) use the classifier to assess building damage in real-world point clouds from photogrammetry-based dense image matching (DIM). We evaluate classifiers trained on different input data with respect to their capacity to classify three damage grades (heavy, extreme, destruction) in pre- and post-event DIM point clouds of a real earthquake event. Our approach is transferable with respect to multi-source input point clouds used for training (VLS) and application (DIM) of the model. We further achieve geographic transferability of the model by training it on simulated data of geometric change which characterises relevant damage grades across different geographic regions. The model yields high multi-target classification accuracies (overall accuracy: 92.0% - 95.1%). Its performance improves only slightly when using real-world region-specific training data (< 3% higher overall accuracies) and when using real-world region-specific training data (< 2% higher overall accuracies). We consider our approach relevant for applications where timely information on the damage situation is required and sufficient real-world training data is not available.


翻译:以无人机3D点云为基础的自动损坏评估可以提供地震后损坏状况的快速信息。然而,由于破坏模式的多样性和现有方法向其他地理区域或数据源的可转移性有限,对多个损坏等级的评估具有挑战性。我们提出了一个新颖的方法,即使用一个经过虚拟激光扫描(VLS)数据培训的机器学习模型,自动评估来自现实世界多时点云的多层建筑损坏。我们(1) 确定特定物体的变化特征,(2) 分别变化和未变的建筑部件,(3) 使用基于目标更高变化特点的VLS数据来培训一个随机的森林机器学习模型,(4) 使用分类器评估现实世界点云的损坏情况,从基于光度测量的密集图像匹配(DIM)中评估现有方法的可转移性。我们评估了不同输入数据,以其能力来对真实地震事件发生之前和之后的DIM点云进行分类。我们的方法在培训(VLS)和应用中使用的多源点云值应用(DIM)中可以进行小规模的随机转换,在模型中,我们只能对真实的地理级数据进行精确性数据进行模拟。</s>

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