基于计算机视觉技术的建设项目监管机理及方法研究

摘要

我国的建设行业发展呈现增长态势。在“十一五”期间，2010年，全国具有资质等级的总承包和专业承包建设企业完成总产值95206亿元，全社会建设行业实现增加值26451亿元。“十一五”期间，建设行业增加值年均增长20.6％，超过“十一五”规划的发展目标。建设行业在高速发展的过程中，也面临着一系列的问题，这要求政府加强对建设行业的监管。对建设行业进行监管的一个核心点是对建设项目的监管，因为建设项目是构成建设行业的实体，是各参与方的一个重要交互点。在国民经济中，政府主导的固定资产投资起着重要的支撑作用。对政府投资建设项目的监管，又对国民经济的良性发展具有重要意义。中国中央政府先后在2009年和2011年分别出台了《工程建设领域突出问题专项治理工作实施方案》和《工程建设领域项目信息公开和诚信体系建设工作实施意见》，对建设项目全过程中的具体问题进行较为系统的规定和建议。其主要内容包括:从项目前期的决策、土地征收、城乡规划、招标投标，到项目执行期间的工程进度、资金使用、施工质量、安全文明、环境保护等方面的具体监管措施;建立项目后评价体系、信息公开体系、信用体系、责任追究的建议。但是目前对这些问题的监管尚没有针对基本主体，即建设项目的成系统的理论和技术框架。
　　针对这些问题，本文第2章在综述前人研究成果的基础之上，研究了基本问题及其背后的支配规律;本文第3章以创新的过程视角结合随机过程与演化博弈理论研究了对建设项目进行过程监管的机理;本文第4章探讨了以高分辨率遥感图像和计算机视觉技术作为基本监管技术在本文基本研究问题上的适应性;本文第5章提出了基于工程表观视觉过程特征的建设项目监管对象识别方法;本文第6章提出了基于工程逻辑的建设项目实时监管模型;第7章从实践的角度提出了基于本文理论和技术的建设项目监管信息系统基本框架。综上，本文的主要工作如下:
　　(1)为了研究并提取出监管的基本问题，本文首先通过文献综述了在各种建设项目目标的视角下各方学者对“监管”问题的理解和分析，同时也在行为与外部环境的视角下研究了“监管”相关的衍生问题:监管与寻租问题、代建制问题、“项目群”带来的复杂性问题。在此基础上，针对关心的“建设项目”这个探讨范围，排除本文暂不讨论的研究领域，提炼出本文关心的基本矛盾和基本问题，即建设项目的项目目标偏移问题、或者失控问题。从根本上来说其起源于项目投资方、项目使用方和项目建设方等各方追求利益最大化的行为而产生的矛盾，加之以项目群、公共性等可能的外部属性带来的复杂性。
　　(2)为了研究什么样的理论最适用于对上一段提到的基本问题的解决，需要从比较常用的监管理论应用的视角下比较哪种现有理论更适用，从而为建立针对建设项目的监管理论提供参考。本文分别从委托代理理论、演化博弈理论，以及其相关的衍生理论的角度分析了在这些传统理论的视角下对于监管问题的求解方法，指出了其中的不足。并且指出了“过程”和“信息”对于监管的重要性。
　　(3)基于对多种理论视角下的建设项目监管机理的研究，本文采用Markov链作为理论基础，建立了监管者-代理人的双群体演化博弈基本模型。本文采用此基本模型作为对“过程”因素的模拟。同时，在此基础上研究了信息传递成本因素、信息分布因素对整体博弈均衡的影响。从而得出了优化监管博弈均衡的两种重要因素:监中概率和监管成本，对监管博弈均衡的影响。
　　(4)为了提高监中概率，降低监管成本，本文考虑了高分辨率遥感图像与计算机视觉技术在建设项目监管中应用的可能性。本文分析比较了基于频域、区域增长和特征识别的各种计算机图像识别技术，力图找出其与遥感图像技术和建设项目监管目标之间的契合点。本文指出了对“对象”进行识别的重要性。本文的研究内容指出，可以基于计算机图像的特征识别技术和对工程场地的高分辨率遥感图像，建立一种新的具有高监中概率和低监管成本的监管技术框架。
　　(5)为了找出对于高分辨率遥感图像中的工程地物最优的对象识别方法，本文根据工程地物在高分辨率遥感图像中因为光照条件、卫星倾角、地物高度等原因造成的特征差异做出了比较分析。提出了应该根据特征系列框架建立相应的特征识别机。同时提出了综合轮廓特征、纹理特征和高度特征的建设项目对象识别方法。
　　(6)提出了基于工程逻辑的表观进度计划映射方法。提出了基于卫星姿态和卫星成像原理的，表观进度计划与实际采集图像的对准方法。从而提出了将表观进度计划与实际采集到的进度分析数据进行对比的方法。提出了针对主要安全目标和环境目标的表观表征方法。进一步的，提出了基于工程进度实时监管模型的对工程费用目标和工程质量目标进行监管分析的方法。
　　(7)基于1至6章的研究内容，提出了在实践中基于计算机视觉技术的建设项目监管信息系统的基本实施框架。分析研究了在不同场景下的系统基本用例和基本工作流。从分析可以看出，本文提出的监管框架与传统的向建设施工场地派出稽查人员，或者是审计人员的工程监管方式相比，其监管的实时性更强、监管的成本更低、监管的效率更高。可见本文提出的工程监管技术框架是工程监管从粗放监管到高效集约化监管的重要进步。
　　本文的主要创新点包括:①基于Markov链的监管者-代理人演化博弈仿真;②基于工程表观视觉过程特征的监管对象识别方法;③基于工程逻辑的建设项目实时监管模型;④建设项目监管信息系统框架设计。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 相关理论综述

1．3．1 委托代理理论

1．3．2 演化博弈理论

1．3．3 过程控制理论

1．4 研究内容及创新点

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方案

1．4．3 主要创新点

第2章 建设项目目标监管问题研究

2．1 工程目标视角下的基本问题

2．1．1 目标属性视角下的问题表现

2．1．2 行为与外部环境视角下的问题表现

2．2 委托代理博弈视角下的监管机理

2．2．1 委托代理基本监管模型

2．2．2 委托代理监管机理及其不足

2．3 演化博弈视角下的监管机理

2．3．1 演化博弈视角下的监管过程和机会主义行为

2．3．2 建设项目监管问题的演化博弈模型

2．4 基于过程监管的必要性与可行性

2．4．1 监管理论与过程的必然契合性

2．4．2 基于过程-信息理论的监管思路

2．5 本章小结

第3章 建设项目目标实时监管机理研究

3．1 基于随机过程的演化博弈

3．1．1 基本随机过程模型

3．1．2 基于Markov随机过程的演化博弈模型

3．2 监管者-代理人演化博弈仿真

3．2．1 监管者-代理人双群体演化博弈模型

3．2．2 监管者-代理人双群体演化博弈仿真

3．2．3 模型内生因素的影响

3．3 监管框架的影响

3．3．1 信息监管成本的影响

3．3．2 过程信息点分布的影响

3．3．2 技 术框架的建立

3．4 本章小结

第4章 基于高分辨遥感图像的监管对象识别原理

4．1 图像分析对于工程监管的可行性

4．1．1 数字图像的获取方式和存储方式

4．1．2 数字图像识别对于建立高监中概率框架的意义

4．2 频域纹理(Texture)识别方法

4．2．1 纹理识别原理

4．2．2 纹理的频域本质

4．2．3 工程地物的纹理属性识别及实例

4．3 区域增长(Region Growing)识别方法

4．3．1 Region Growing地物识别方法与其不足

4．3．2 工程地物color image segmentation实例

4．4 特征(Feature Detection)识别法

4．4．1 工程地物图像的小波特征

4．4．2 工程地物图像的可用特征

4．4．3 特征学习方法

4．5 本章小结

第5章 基于工程表观视觉过程特征的监管对象识别方法

5．1 基于轮廓特征的施工区域对象识别

5．1．1 基于特征的识别机训练方法

5．1．2 工程地物特征框架的建立

5．1．3 施工区对象识别实例

5．2 基于纹理特征的目标内部性质识别

5．2．1 建筑施工纹理

5．2．2 辅助区域纹理

5．3 基于阴影特征的目标高度性质识别

5．3．1 基于阴影的建筑物高度识别

5．3．2 基于边缘检测与梯度阈值的阴影识别

5．4 本章小结

第6章 基于工程逻辑的建设项目实时监管模型

6．1 表观进度目标表征框架

6．1．1 工程进度计划到表观计划的映射

6．1．2 遥感图像与表观计划的像素点对准

6．1．3 表观进度表征框架

6．2 表观安全环境目标表征框架

6．2．1 表观安全表征

6．2．2 表观环境表征

6．3 间接表观表征框架

6．3．1 结合表观信息的费用目标表征

6．3．2 结合表观信息的质量目标表征

6．4 本章小结

第7章 建设项目监管信息系统框架设计

7．1 系统基本用例

7．1．1 政府投资大型公共设施集群项目监管场景

7．1．2 政府投资项目群监管场景

7．2 系统基本工作流

7．2．1 政府投资大型项目监管场景

7．2．2 政府投资项目群监管场景

7．3 本章小结

第8章 结论与展望

8．1 论文主要结论

8．2 论文的不足与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介