[發明專利]一種基于機載LiDAR數據的建筑物外邊界線提取方法

有效

• 申請號: 201410290126.7
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104200212A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 彭桂輝;段夢琦;楊培義;宋袁龍
• 申請（專利權）人: 西安煤航信息產業有限公司
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明涉及一種外邊界線提取方法，尤其是涉及一種基于機載LiDAR數據的建筑物外邊界線提取方法。

背景技術

三維城市建模廣泛應用在數字城市規劃等GIS領域。而建筑物外邊界線的提取更是建筑物模型重建的關鍵步驟。在傳統攝影測量中，需要在立體相對中手工勾畫建筑物外邊界輪廓，費時費力，效率較低。

隨著機載激光掃描技術的廣泛應用，利用機載lidar數據提取建筑物外邊界線(即輪廓線)的技術已經有了一定的發展。目前，機載激光掃描數據提取建筑物輪廓線的方法，主要分為基于柵格化的提取方法和基于點云數據空間結構的提取方法。其中，采用點云數據柵格化的方法是在點云分割的基礎上，將建筑物點云集合柵格化處理成二值影像圖，利用像素的膨脹腐蝕原理補充填滿影像中的空洞，再利用圖像的分割算法及邊界線提取算法等圖像分析手段實現輪廓線提取。如吳杭彬等采用數學形態學中的膨脹和腐蝕方法進行序貫運算，再將建筑物邊緣矢量化得到每個地物所對應的矢量邊緣和數據點；尤紅建等對激光點云進行二次內插加密生成影像數據，以圖像處理的方法提取建筑物輪廓。這種方法將lidar點云處理為灰度圖像，處理速度塊、方法簡單明了，然而柵格化的處理過程會引入新的誤差，無法得到精確的建筑物矢量邊界。

另一種基于點云數據空間的提取方法更多傾向于構建空間Tin數據結構，利用三角網間的空間信息對點云進行聚類分析檢測。在聚類后的點云三角網基礎上利用長邊限制的方法提取三角網外接凸包提取邊界點，或者采用經典的Alpha?Shape算法從無序點集中進行集合邊界判定提取建筑物外邊界點。例如：Maas等采用TIN構建點云空間拓撲關系，對所有三角面進行聚類分析檢測平面屋頂；曾齊紅等以屋頂Lidar的TIN的外圍三角形邊作為邊界點；Lach和沈蔚采用Alpha?Shapes算法從無序點擊中提取建筑物外輪廓。這些方法都通過分析建筑物點云空間結構，建立三角網，得到了較為精確建筑物邊界輪廓，但依舊存在以下缺點：第一、三角網結構較復雜，三角網的數量多為點云數量的2倍左右；當點云數據量較大時，三角網構網速度慢，且占用空間大。第二、利用長邊限制的方法，只能提取比閾值長度長的三角網邊界(當閾值無限大時，提取外接凸包)；在建筑物拐角或凹邊處就會造成細節的丟失。Alpha?Shape算法能很好的檢測符合建筑物外邊界的三角網，但當建筑物內部出現空洞時，無法區分是外邊界還是內部空洞，且提取到的外邊界為離散的線段，不具有連續結構。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于機載LiDAR數據的建筑物外邊界線提取方法，其方法步驟簡單、設計合理且實現方便、使用效果好，能簡便、快速完成建筑物外邊界線的提取過程。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于機載LiDAR數據的建筑物外邊界線提取方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、LiDAR點云數據獲?。翰捎脵C載LiDAR測量系統獲取待測區域的點云數據，并將所獲取的點云數據傳送至數據處理設備；所述點云數據中包括待測區域內多個建筑物的點云數據，每個建筑物的點云數據均包括該建筑物頂部的多個測點及各測點的三維坐標；

步驟二、LiDAR點云數據處理：采用所述數據處理設備分別對多個建筑物的點云數據進行處理，并提取出各建筑物的外邊界線；多個建筑物的點云數據處理過程均相同；對待測區域內的任一個建筑物的點云數據進行處理時，過程如下：

步驟201、建筑物外輪廓點提取：調用外輪廓點提取模塊，從當前所處理建筑物的二維數據集中，提取當前所處理建筑物的外輪廓點，并獲得外輪廓點集合；所提取外輪廓點的數量為N個，所述外輪廓點集合中包含N個外輪廓點的二維數據，N個所述外輪廓點連接形成當前所處理建筑物的外輪廓線；

所述二維數據集包括當前所處理建筑物的點云數據中多個測點在X-Y平面直角坐標系上的二維坐標；

步驟202、特征點提取：采用道格拉斯-普撲克算法對步驟201中所述外輪廓線進行特征點提取，并從所述外輪廓點集合提取出S個特征點，S個特征點分別記作S₁、S₂、…、S_S；

步驟203、最小二乘法直線擬合及初始邊界線獲?。簩個特征點中相鄰兩個特征點所在的直線分別進行擬合，并獲得S條擬合直線；S條擬合直線相交形成的封閉曲線為當前所處理建筑物的初始邊界線，所述初始邊界線由多個直線段連接而成；