[發(fā)明專利]一種基于機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)的建筑物屋頂重建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410293086.1
• 申請(qǐng)日: 2014-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN104036544A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭桂輝;段夢琦;楊培義;宋袁龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安煤航信息產(chǎn)業(yè)有限公司
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 譚文琰

1.一種基于機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)的建筑物屋頂重建方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲?。翰捎脵C(jī)載LiDAR測量系統(tǒng)獲取待測區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并將所獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理設(shè)備；所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)中包括待測區(qū)域內(nèi)多個(gè)建筑物屋頂?shù)狞c(diǎn)云數(shù)據(jù)，每個(gè)建筑物屋頂?shù)狞c(diǎn)云數(shù)據(jù)均包括該建筑物屋頂?shù)亩鄠€(gè)測點(diǎn)及各測點(diǎn)的三維坐標(biāo)；

步驟二、LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理：采用所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備分別對(duì)多個(gè)建筑物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并獲取各建筑物屋頂?shù)氖噶磕Ｐ停欢鄠€(gè)建筑物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理過程均相同；對(duì)待測區(qū)域內(nèi)的任一個(gè)建筑物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，過程如下：

步驟201、建筑物屋頂面片分割：采用區(qū)域生長方法對(duì)當(dāng)前所處理建筑物屋頂?shù)狞c(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從當(dāng)前所處理建筑物屋頂分割出多個(gè)屋頂面片，并獲得多個(gè)屋頂面片的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；之后，根據(jù)各屋頂面片的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，且采用最小二乘法對(duì)各屋面面片分別進(jìn)行平面擬合，獲得各屋頂面片所在平面的平面方程；同時(shí)，對(duì)多個(gè)屋頂面片進(jìn)行編號(hào)，并對(duì)多個(gè)屋頂面片的相鄰關(guān)系分別進(jìn)行記錄，每個(gè)屋頂面片的相鄰關(guān)系均包括與該屋頂面片相鄰的屋頂面片的數(shù)量以及各相鄰屋頂面片的布設(shè)位置；

多個(gè)所述屋頂面片均為平面，每個(gè)屋頂面片的點(diǎn)云數(shù)據(jù)均包括位于該屋頂面片上的多個(gè)測點(diǎn)及各測點(diǎn)的三維坐標(biāo)；多個(gè)所述屋頂面片的數(shù)量為N'個(gè)，N'為正整數(shù)且N'≥2；

步驟202、建筑物屋面點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲?。焊鶕?jù)步驟201中所記錄的多個(gè)屋頂面片的相鄰關(guān)系，將多個(gè)屋頂面片的點(diǎn)云數(shù)據(jù)組合形成當(dāng)前所處理建筑物屋面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

步驟203、建筑物屋面及各屋頂面片的外輪廓點(diǎn)提?。赫{(diào)用外輪廓點(diǎn)提取模塊，從步驟202中所獲取的當(dāng)前所處理建筑物屋面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取出當(dāng)前所處理建筑物屋面的多個(gè)外輪廓點(diǎn)，并獲得當(dāng)前所處理建筑物屋面的外輪廓點(diǎn)集合A'；同時(shí)，分別從步驟201中各屋頂面片的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取出各屋頂面片的多個(gè)外輪廓點(diǎn)，并獲得各屋頂面片的外輪廓點(diǎn)集合；

步驟204、屋頂面片矢量邊界獲取：結(jié)合步驟201中多個(gè)屋頂面片的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和相鄰關(guān)系以及步驟203中各屋頂面片的外輪廓點(diǎn)集合，獲取多個(gè)屋頂面片的矢量邊界；多個(gè)屋頂面片的矢量邊界獲取方法均相同，對(duì)任一個(gè)屋頂面片S_i的矢量邊界進(jìn)行獲取時(shí)，過程如下：

步驟2041、建立搜索信息集合：將多個(gè)所述屋頂面片中除屋頂面片S'_i'之外的N'-1個(gè)屋頂面片的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，組合成搜索信息集合J_i'；搜索信息集合J_i'中包括N'-1個(gè)子集合，N'-1個(gè)子集合分別為N'-1個(gè)屋頂面片的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；其中，i'為屋頂面片的編號(hào)，i'為正整數(shù)且i'＝1、2、…、N'；

步驟2042、鄰域搜索：對(duì)屋頂面片S'_i'的外輪廓點(diǎn)集合中的各外輪廓點(diǎn)分別進(jìn)行鄰域搜索，獲得屋頂面片S'_i'的鄰域搜索信息，所述鄰域搜索信息中包括屋頂面片S'_i'的所有外輪廓點(diǎn)的鄰域搜索點(diǎn)及各鄰域搜索點(diǎn)的三維坐標(biāo)；

對(duì)屋頂面片S'_i'的外輪廓點(diǎn)集合中任一個(gè)外輪廓點(diǎn)C_i'j'進(jìn)行鄰域搜索時(shí)，從步驟201中所建立的搜索信息集合S'_i中找出與外輪廓點(diǎn)C_i'j'距離最近的測點(diǎn)，所找出的測點(diǎn)為外輪廓點(diǎn)C_i'j'的鄰域搜索點(diǎn)，記作C'_i'j'；

其中，j'為正整數(shù)且j'＝1、2、…、M'，M'為屋頂面片S'_i'的外輪廓點(diǎn)集合中外輪廓點(diǎn)的總數(shù)量；

步驟2043、外輪廓點(diǎn)類別確定：先根據(jù)屋頂面片S'_i'的外輪廓點(diǎn)集合中各外輪廓點(diǎn)的三維坐標(biāo)，沿逆時(shí)針方向或順時(shí)針方向，由先至后對(duì)屋頂面片S'_i'的外輪廓點(diǎn)集合中的所有外輪廓點(diǎn)由先至后進(jìn)行排序，再按照排序結(jié)果，由先至后對(duì)所述外輪廓點(diǎn)集合中各外輪廓點(diǎn)的鄰域搜索點(diǎn)進(jìn)行處理，并得出各外輪廓點(diǎn)的類別，過程如下：

步驟Ⅰ、鄰域搜索點(diǎn)所屬屋頂面片編號(hào)確定：根據(jù)步驟2041中N'-1個(gè)所述子集合，判斷鄰域搜索點(diǎn)C'_i'j'所屬的子集合；并根據(jù)所屬的子集合，確定鄰域搜索點(diǎn)C'_i'j'所屬的屋頂面片，記錄鄰域搜索點(diǎn)C'_i'j'所屬屋頂面片的編號(hào)k'，k'為正整數(shù)，k'＝1、2、…、N'且k'≠i'；

步驟Ⅱ、外輪廓點(diǎn)類別確定：根據(jù)當(dāng)前所處理建筑物屋面的外輪廓點(diǎn)集合A'，判斷外輪廓點(diǎn)C_i'j'是否屬于外輪廓點(diǎn)集合A'：當(dāng)外輪廓點(diǎn)C_i'j'屬于外輪廓點(diǎn)集合A'時(shí)，外輪廓點(diǎn)C_i'j'的類別為外邊界線且其類別編號(hào)為U；否則，根據(jù)外輪廓點(diǎn)C_i'j'和鄰域搜索點(diǎn)C'_i'j'的三維坐標(biāo)，得出外輪廓點(diǎn)C_i'j'和鄰域搜索點(diǎn)C'_i'j'的高程差Δh_ij：當(dāng)Δh_ij≤Δh₀時(shí)，外輪廓點(diǎn)C_i'j'的類別為屋脊線且其類別編號(hào)記作T_k'；當(dāng)Δh_ij＞Δh₀時(shí)，外輪廓點(diǎn)C_i'j'的類別為階躍線且其類別編號(hào)記作W_k'；其中，Δh₀＝0.2m～0.4m；

步驟Ⅲ、按照步驟Ⅰ至步驟Ⅱ中所述的方法，對(duì)下一個(gè)外輪廓點(diǎn)的類別進(jìn)行確定；

步驟Ⅳ、多次重復(fù)步驟Ⅲ，直至完成屋頂面片S'_i'的外輪廓點(diǎn)集合中所有外輪廓點(diǎn)的類別確定過程；

步驟2044、矢量邊界確定：根據(jù)步驟2043中所確定屋頂面片S_i的外輪廓點(diǎn)集合中各外輪廓點(diǎn)的類別，并結(jié)合屋頂面片S'_i'的外輪廓點(diǎn)集合中各外輪廓點(diǎn)的三維坐標(biāo)和步驟201中所記錄的屋頂面片S'_i'的相鄰關(guān)系，對(duì)屋頂面片S'_i'的矢量邊界進(jìn)行確定；

步驟2045、多次重復(fù)步驟2041至步驟2044，直至完成多個(gè)屋頂面片的矢量邊界確定過程；

步驟205、建筑物屋頂矢量模型獲取：待步驟204中多個(gè)屋頂面片的矢量邊界確定后，便獲得當(dāng)前所處理建筑物屋頂?shù)氖噶磕Ｐ汀?/p>