[發明專利]基于LiDAR點云的空間拓撲關系約束下的建筑物建模方法

有效

• 申請號: 201710662847.X
• 申請日: 2017-08-04
• 公開（公告）號: CN107545602B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 李云帆;鐘良;喻靜敏;甘拯;湯璇
• 申請（專利權）人: 長江空間信息技術工程有限公司(武漢)
• 主分類號: G06T17/10
• 分類號: G06T17/10;G06T7/13;G06T7/12
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

本發明公開了一種基于LiDAR點云的空間拓撲關系約束下的建筑物建模方法。它包括如下步驟：對目標區域的建筑物LiDAR點云進行點云分割處理和建筑物輪廓提取，得到建筑物的精確二維外輪廓以及建筑物屋頂幾何基元的數學表達式；構建所述建筑物屋頂幾何基元空間拓撲關系圖；定義所述建筑物屋頂幾何基元間的三維布爾運算規則；對每一個建筑物屋頂幾何基元多面體進行三維布爾運算之后得到基元頂面半空間，根據建筑物精確二維外輪廓和高程信息得到完全包含建筑物實體模型的墻面及地面的半空間，將所述基元頂面半空間和所述墻面及地面的半空間進行三維布爾運算的求交運算，得到建筑物實體模型。具有降低建筑物模型的空間破碎程度的優點。

技術領域

本發明涉及機載激光雷達技術領域，更具體地說它是基于LiDAR點云的空間拓撲關系約束下的建筑物建模方法。

背景技術

LiDAR(Light Detection And Ranging)即激光探測與測量，是利用GPS(GlobalPosition System)和IMU(Inertial Measurement Unit，慣性測量裝置)機載激光掃描；其所測得的數據為數字表面模型(Digital Surface Model,DSM)的離散點表示，數據中含有空間三維信息和激光強度信息。應用分類(Classification)技術在這些原始數字表面模型中移除建筑物、人造物、覆蓋植物等測點，即可獲得數字高程模型(Digital ElevationModel,DEM)，并同時得到地面覆蓋物的高度。

現有的利用LiDAR點云數據與多源數據進行建筑物建模方法，主要分為點云分割處理、建筑物輪廓提取和建筑物模型生成幾個步驟，其中，建筑物模型的生成是建筑物重建的核心步驟，其目的在于恢復建筑物屋頂的每一個面片的高度、形狀、位置、方向，以及面片之間的關系，進而構成具有完整拓撲結構的建筑物實體模型。

目前，針對建筑物模型構型，主要有兩種方法：其一是采用LiDAR建筑物點云中提取的階躍邊緣和屋脊線等線特征作為空間劃分依據，基于BSP算法重建建筑物邊界，進而重建建筑物模型；其二是基于“分割－合并－成型(Split-Merge-Shape)”算法重建建筑物模型，其中，分割－合并兩步驟主要是重建建筑物結構線之間的拓撲關系，以完成封閉多邊形；這兩種方法在原理上具有一定的相似性，核心在于空間劃分過程，空間劃分結果的正確性直接決定了最終模型重建的效果；然而由于沒有事先恢復面片之間的空間拓撲關系，空間劃分存在一定的盲目性，容易造成破碎的細小空間，從而影響最終的建筑物重建結果的準確性。

申請號為201110218035.9，專利名稱為《一種快速提取機載LiDAR數據中建筑物三維輪廓信息的方法》提出了一種快速提取機載LiDAR數據中建筑物三維輪廓信息的方法，申請號為201611248387.8，專利名稱為《基于曲率從Lidar點云數據提取建筑物輪廓線的方法》提出了一種基于曲率從Lidar點云數據提取建筑物輪廓線的方法，但均未進一步給出如何根據該提取出的輪廓信息構建建筑物模型的方法。

專利申請號為201510465060.5，專利名稱為《基于分類分層的機載Lidar點云建筑物頂面漸進提取方法》提出了一種基于分類分層的機載Lidar點云建筑物面漸進提取方法，也并未給出根據該提取出的建筑物面信息進行建筑物建模的方法。

現亟待一種重建準確、使得重建的建筑物模型能夠有效保存建筑物細節特征的建筑物建模方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于LiDAR點云的空間拓撲關系約束下的建筑物建模方法，在點云分割處理和建筑物輪廓提取后獲取建筑物幾何基元的基礎上，將這些無組織的建模素材以一定的方法組合，進而構成建筑物模型，并使建筑物模型的空間破碎程度降至最低。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：基于LiDAR點云的空間拓撲關系約束下的建筑物建模方法，其特征在于包括如下步驟：