[發明專利]基于車載激光點云的非結構化道路邊界線自動提取方法

有效

• 申請號: 201711260955.0
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108062517B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 楊蒙蒙;萬幼川;劉先林;徐景中;陳茂霖;盛鵬
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G01C15/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

本發明提供一種基于車載激光點云的非結構化道路邊界線自動提取方法，包括掃描線分割，拓撲關系網構建，采用移動窗口法獲取地面點，通過K最近鄰聚類方法進行分簇，依據點簇中激光點的個數剔除偽地面點簇，獲取路面激光點云數據；路面激光點云數據的外輪廓點設定為道路邊界線的位置所在，對每條掃描線進行外輪廓邊界點提取，取每條掃描線內距離最遠的兩個地面點，最終獲取道路兩側的外輪廓點；進行聚類分析，獲取道路左側輪廓點集及右側輪廓點集；邊界線追蹤優化獲取最優邊界線。本專利直接基于激光點云數據快速實現非結構性道路及道路邊界的提取，為非結構化道路邊界線自動提取提供了有效的解決方案，提高了道路邊界線自動化提取程度。

技術領域

本發明屬于測繪地理信息建設領域，特別是涉及到一種基于車載激光點云的非結構化道路邊界線自動提取方法。

背景技術

道路邊界信息作為當前測繪地理信息建設的重要組成部分之一，其精細、精確、高效、快速的自動提取技術對于無人駕駛、智慧交通、智能導航、三維地圖等新技術、新方向、新領域的快速發展至關重要。道路邊界線自動提取包括兩種，第一種為結構化道路邊界線的自動提取，第二種為非結構化道路邊界線的自動提取。針對第一種道路邊界線的自動提取，直接將結構化道路自身所有的路緣石或馬路牙子作為邊界線的附屬位置，將道路邊界線提取轉換為道路路緣石的自動提取即可獲取道路邊界線的三維信息，目前已有研究者提出相關的提取算法。但是針對第二種道路邊界線的自動提取則較困難，因為非結構化道路邊界不存在路緣石或馬路牙子，道路兩側為戈壁、土地、或草地，沒有明顯的道路邊界附屬物可供參考，例如鄉村道路，故第二種道路邊界線的自動提取具有一定的挑戰性，也是當前道路邊界線提取的難點所在。

針對非結構道路邊界線的自動提取，本專利基于移動測量系統所獲取的激光點云來實現道路邊界線的自動提取?；诩す恻c云數據進行道路邊界線的自動提取包括兩類方法，一種方法為點云轉換為特征圖像，基于圖像處理的一些方法來實現道路邊界線的自動提取，另一種為直接基于激光點云數據進行道路邊界線的自動提取。目前針對絕大多數道路邊界線的自動提取均是基于結構性道路，尤其是規則化的城市道路，對于結構化道路邊界線的提取一般采用斜率、點云密度、高差、坡度等參數即可實現。但針對非結構道路邊界線的自動提取，Pankaj Kumar等人通過將激光點云轉換為特征圖像采用參數化主動輪廓模型及圖像處理等方法進行提取，基于坡度、脈沖寬度、反射強度等參數實現道路兩側為草地的非結構化道路邊界線的自動提取，并且鄉村道路的提取結果的準確率較低?；邳c云轉換的特征圖像進行提取的方法精度有損耗，因為在三維點云轉換成二維圖像的過程中，不可避免的存在數據內插，內插過程直接導致了數據精度的損耗及降低。目前還沒有實現直接采用激光點云數據進行非結構化道路邊界線的自動提取。

發明內容

本發明基于現有技術缺陷，實現了一種基于車載激光點云的非結構化道路邊界線自動提取方法。

本發明提供的技術方案是一種基于車載激光點云的非結構化道路邊界線自動提取方法，包括以下步驟：

步驟1，掃描線分割，包括將外業采集獲取的激光點云數據依據相鄰點間的角度差值或者GPS時間差值分割掃描線；

步驟2，拓撲關系網構建，包括基于分割之后的掃描線，對激光點集構建最近鄰的拓撲關系網；

步驟3，采用移動窗口法獲取地面點，包括采用高程差之和衡量地面粗糙度的衡量標準，獲取窗口內每個鄰近點與當前激光點的高程差值之和∑，如果∑小于相應預設閾值，并且滿足在預定的高程范圍之內，則認為當前激光點為地面點，如果大于相應預設閾值，則認為當前激光點為非地面點；

步驟4，聚類分析，包括基于獲取的地面點，通過K最近鄰聚類方法進行分簇，依據點簇中激光點的個數剔除偽地面點簇，獲取路面激光點云數據；

步驟5，外輪廓點獲取，包括將路面激光點云數據的外輪廓點設定為道路邊界線的位置所在，對每條掃描線進行外輪廓邊界點提取，取每條掃描線內距離最遠的兩個地面點，最終獲取道路兩側的外輪廓點；