[發(fā)明專利]基于LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的城市高精度三維地形構(gòu)建方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011298095.1
• 申請(qǐng)日: 2020-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN112348867A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹冬梅;王曉利;龔天宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通市測(cè)繪院有限公司
• 主分類號(hào): G06T7/521
• 分類號(hào): G06T7/521;G06T17/05;G06T17/20;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴(yán)彥

1.一種基于LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的城市高精度三維地形構(gòu)建方法，其特征在于：基于LiDAR所得三維點(diǎn)云實(shí)現(xiàn)城市三維地形構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)方式包括以下步驟：

步驟1，建立城市場(chǎng)景下的三維點(diǎn)云語(yǔ)義分割分類體系和標(biāo)注樣本庫(kù)，所述三維點(diǎn)云語(yǔ)義分割分類體系設(shè)置多種語(yǔ)義類別，包括自然地表、人工地表和其他類別；

步驟2，建立城市場(chǎng)景下的三維點(diǎn)云混合尺度體素塊，包括將標(biāo)注樣本庫(kù)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和城市場(chǎng)景下待建模區(qū)域的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行混合尺度格網(wǎng)化處理，依據(jù)高斯模型確定多個(gè)混合尺度，按照不同尺度的格網(wǎng)邊長(zhǎng)劃分體素，并標(biāo)注每個(gè)體素塊內(nèi)的點(diǎn)密度信息；

步驟3，實(shí)現(xiàn)三維點(diǎn)云的特征學(xué)習(xí)，包括對(duì)于標(biāo)注樣本庫(kù)中的三維點(diǎn)云，針對(duì)步驟2劃分的多個(gè)混合尺度，使用多個(gè)權(quán)值共享的三維卷積網(wǎng)絡(luò)，將三維點(diǎn)云的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)和周圍地表背景信息融合，得到三維點(diǎn)云的混合尺度特征向量；

步驟4，實(shí)現(xiàn)三維點(diǎn)云的語(yǔ)義要素分割，包括訓(xùn)練特征學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)訓(xùn)練的結(jié)果對(duì)待建模區(qū)域的三維點(diǎn)云的各個(gè)點(diǎn)所屬類別進(jìn)行推理預(yù)測(cè)；

步驟5，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義幾何共生約束的地表點(diǎn)插值，包括根據(jù)步驟4預(yù)測(cè)的點(diǎn)云類別信息，取自然地表和人工地表兩類點(diǎn)作為地表點(diǎn)；進(jìn)行幾何語(yǔ)義共生約束的插值，彌補(bǔ)應(yīng)濾除的非地表點(diǎn)造成的空洞；

步驟6，構(gòu)建城市三維地形模型，包括根據(jù)步驟5所得結(jié)果使用Delaunay三角網(wǎng)的規(guī)則構(gòu)建三維地表模型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的城市高精度三維地形構(gòu)建方法，其特征在于：步驟2的實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括以下子步驟，

步驟2.1，對(duì)于所有給定的三維點(diǎn)云中的任意點(diǎn)P，以點(diǎn)P為中心點(diǎn)建立鄰域立方體；

步驟2.2，建立點(diǎn)云數(shù)據(jù)的物方空間坐標(biāo)系；

步驟2.3，基于高斯模型劃分混合尺度體素，設(shè)置不同大小的體素邊長(zhǎng)r₁，r₂，...，r_S，滿足r_i＜r_i+1，i＝1，2，...，S-1，其中S為混合尺度的個(gè)數(shù)；體素邊長(zhǎng)由高斯分布公式?jīng)Q定，計(jì)算方式如下，

其中，(x₀，y₀，z₀)為鄰域立方體中心點(diǎn)坐標(biāo)，(x_i，y_i，z_i)為第i個(gè)尺度的格網(wǎng)的邊界坐標(biāo)；λ表示縮放因子，e為自然常數(shù)；

步驟2.4，體素內(nèi)點(diǎn)密度標(biāo)注。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的城市高精度三維地形構(gòu)建方法，其特征在于：步驟3的實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括以下子步驟，

步驟3.1，將第s尺度上體素化后的點(diǎn)云鄰域塊記錄為V_S，s∈1，2，...，S；

步驟3.2，利用步驟2.4得到的體素標(biāo)注作為初始特征，對(duì)于每個(gè)尺度s，采用卷積網(wǎng)絡(luò)Fs實(shí)現(xiàn)特征學(xué)習(xí)；所述卷積網(wǎng)絡(luò)Fs由多層三維卷積變換和非線性激活函數(shù)構(gòu)成，將三維點(diǎn)云映射到特征空間；綜合每層輸出得到最終第s尺度上Fs的最終輸出特征向量；

步驟3.3，將三維點(diǎn)云的各點(diǎn)在第s尺度上的特征向量進(jìn)行融合，最終構(gòu)成混合尺度特征向量

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的城市高精度三維地形構(gòu)建方法，其特征在于：步驟4的實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括以下子步驟，

步驟4.1，以步驟1得到的標(biāo)注樣本庫(kù)為訓(xùn)練樣本，根據(jù)步驟3.3得到的混合尺度特征向量訓(xùn)練語(yǔ)義要素分割網(wǎng)絡(luò)；

步驟4.2，根據(jù)步驟4.1的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果，對(duì)待建模區(qū)域三維點(diǎn)云的各個(gè)點(diǎn)所屬類別進(jìn)行推理預(yù)測(cè)。