[發明專利]基于多時相遙感影像陰影提取城市建筑物高度的方法

有效

• 申請號: 201710077106.5
• 申請日: 2017-02-14
• 公開（公告）號: CN107679441B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 楊海波;王宗敏;毛鵬磊
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06T7/60;G06T7/62;G06T17/05
• 代理公司: 鄭州博派知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 41137
• 代理人: 伍俊慧

基于多時相遙感影像陰影提取城市建筑物高度信息的方法，本發明旨在形成系統、快捷、準確的方法，利用兩幅不同時相的遙感影像（兩幅影像具有不同的太陽高度角以及衛星方位角），對目標建筑物陰影進行批量分析與計算，進而實現快速和較準確得提取區域內目標建筑物的高度，有助于提高測量、三維建模等工作的效率；具體實施主要是通過計算建筑物陰影長度，結合影像上標志建筑與其陰影的夾角關系，選擇相應數學模型計算區域內目標建筑的高度值；應用兩幅遙感影像計算得到的兩組建筑高度結果，基于最小二乘法構建擬合方程，獲得修正后的目標建筑的高度，從而提高了計算結果的精度。

技術領域

本發明涉及遙感影像處理，數學模型設計及三維構造技術領域，特別是基于多時相遙感影像陰影提取城市建筑物高度信息的方法。

背景技術

隨著時代的發展，我國城市化擴張速度愈來愈快，城市擴張包含了城市水平空間擴張和垂直空間擴張兩個方面：水平空間擴張表現為建成區面積的急劇增長；垂直空間上主要表現為城市建筑物高度的增長，而這種城市縱向高度的擴張，一方面緩解了水平空間擴張帶來的壓力，另一方面能夠形成緊湊的城市空間形態，便于城市規劃、資源配置等決策的展開。建筑物作為城市組成的重要部分，其高度的增長反映著城市垂直空間的擴張情況。將城市水平空間的發展趨勢與垂直空間的擴張情況相結合，綜合分析，有利于城市相關決策的實施、城市景觀形態的模擬以及不同城市模型的構筑。

傳統的建筑物高度提取方法主要分為以下三類：

1)直接讀取法，通過直接讀取遙感影像上建筑物于垂直方向的窗口數來獲取樓層信息，估算建筑高度。此方法方便快捷，但存在提取精度難以保證，且易受到影像上目標建筑移位幅度的大小、影像比例尺不同等差異影響的問題。

2)投影法，通過量測航空像片上目標建筑物的投影差，代入公式：

h＝(δL/R)×H

h為所求目標建筑物的高度，δL為建筑的投影差，R為建筑物的實際位置點與影像上像主點之間的距離，H為像片的航高。該法局限性較大，只適合估算實際高度較高，且位置點距離像主點很遠的建筑。

3)高差計算法，通過選用一對立體像對，在一張像片上確定目標建筑頂部與底部兩點，然后于另一像片上找到與之對應的同名像點，測量頂部與底部兩點間的距離作為建筑物的高h，同名像點的視差相減得到的結果ΔL作為視差較，代入公式：

h＝[ΔL/(L+d)]×H

d為立體像對對應的平均基線長度，H為像片的航高。此方法存在處理過程繁瑣，計算量大，精度難以控制的問題，效果較差。

目前，實際應用中常用車載雷達以及無人機掃描等方法來快速獲取目標建筑物的高度等參數信息，以便進行三維模型的構筑。這些方法具有效率高、速度快、方便快捷的優點，但相對的也存在受時間、空間范圍局限影響較大的缺陷。而在遙感影像中，建筑物的陰影區域富含多種信息，相比而言，利用遙感影像陰影來提取建筑高度，完全可以擺脫時間、空間的限制。首先，利用此方法可以對目標區域不同時期的建筑高度做出估算，進而重現過往時期的建筑模型；此外在所需精度要求不高的情況下，也能夠快速實現對大范圍區域建筑群模型的構建。

利用遙感影像陰影提取建筑高度需要經過系統合理的遙感處理過程，從中提取所需信息，尤其是獲取建筑物在陰影方向的投影長度，來推算對應建筑的高度。主要原理是結合陰影長度數據與相應數學模型，對建筑物高度進行分析計算，并利用不同時相影像的計算結果對高度進行精度評價，以更小的誤差推算出高度值，從而對城市建筑群的分布情況進行歸納，這對于城市決策效率的提升、城市資源的合理配置以及城市規劃方向等都具有重要的現實意義。

由此可見，目前迫切需要尋找一種操作簡捷、適用范圍廣、計算結果相對精確、精度便于控制的新方法來估算建筑物的高度。

發明內容