[發明專利]適用于城市多噪聲環境下機載點云地面點濾波方法

在審

• 申請號: 202310636797.3
• 申請日: 2023-05-31
• 公開（公告）號: CN116579949A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 徐大展;郭偉;馬海池;陳駿明;陸超平;黃國棟;鄧廷起;馬狄;尤文瑜;董壽銀;汪旭波;鮑娣;王七;蔣明秀
• 申請（專利權）人: 浙江省測繪科學技術研究院
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06V10/764;G06N20/00
• 代理公司: 重慶天成卓越專利代理事務所(普通合伙) 50240
• 代理人: 王宏松

本發明提出了一種適用于城市多噪聲環境下機載點云地面點濾波方法，屬于機載點云數據處理技術領域。本發明首先將飛行獲取的原始LiDAR點云標簽設置為未分類，并利用空間點密度特征剔除原始LiDAR點云中的孤立點；通過局部高程直方圖獲取最佳模擬表面點，并采用曲面擬合算法從未分類點云中提取出表面點；漸進式不規則三角網加密濾波算法被用于從表面點中提取初始地面點；以初始地面點所構建的TIN模型為基準地形面，將高程值低于基準地形面一定閾值的點云視為低噪聲點進行剔除；最后通過優化參數閾值再次采用漸進式不規則三角網加密濾波算法提取精確的地面點。本發明設計了一套穩健的、自動的城市多噪聲機載點云的地面點提取方法，解決了現有濾波算法在多噪聲環境機載點云數據中地面點提取不精確的問題。

技術領域

本發明涉及機載點云數據處理技術領域，尤其是涉及適用于城市多噪聲環境下機載點云地面點濾波方法。

背景技術

在過去的幾十年里，激光雷達(Light?detection?and?ranging，LiDAR)技術取得了極大的發展，通過LiDAR系統直接獲取地物目標的三維空間信息變得越來越方便。與2D圖像數據相比，3D點云數據可以提供豐富的幾何、形狀和尺度信息，且具有不易受到光照強度變化和其他物體遮擋影響的特點。這些優勢有助于精確反映現實世界中物體的實際幾何結構。機載激光掃描(Airborne?laser?scanning，ALS)系統能夠適應各種復雜的地理環境，并高效地提供覆蓋范圍大、分辨率高、數據質量優異的3D點云數據。因此，LiDAR點云已被廣泛應用于數字高程模型(Digital?elevation?model，DEM)生成、森林生態系統調查、3D建筑建模和地質災害調查等領域。在大多數機載點云應用中，將點云分類為地面點和非地面點的過程，即點云濾波，是后續點云數據處理的前提步驟，在點云處理領域中占有非常重要的地位。

已有的點云濾波算法根據其原理不同可分為基于不規則三角網的迭代加密濾波算法、移動曲面擬合法、布料模擬法、迭代線性插值法、基于數學形態學的濾波算法和基于機器學習的濾波算法等。其中，基于不規則三角網的迭代加密濾波算法是最常用且普適性最好的濾波算法，目前已在Terrasolid?Scan、LiDAR-DP、LiDAR_Suite等多個商用軟件中集成。然而，該算法以表面上的最低點為地面種子點開始迭代地創建三角網表面模型，對數據集中的低點噪聲十分敏感，其自下而上的運算方式容易受到噪聲點(尤其是低噪聲點)的影響，從而導致提取的表面模型無法準確的描述真實地形地貌。

城市場景中存在大量光滑的立體墻面，其對激光脈沖的折射或多路徑效應容易造成原始機載點云中存在大量聚集性的噪聲點。這部分噪聲信息通常采用人工目視判斷分類的方式進行剔除，其自動化程度低下，并且容易引入人為誤判因素，極大降低了點云濾波的準確率和效率。因此，需要設計適用于城市多噪聲環境下機載點云地面點濾波方法，以便提高地面點提取的效率和準確性。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種適用于城市多噪聲環境下機載點云地面點濾波方法。

為了實現本發明的上述目的，本發明提供了一種適用于城市多噪聲環境下機載點云地面點濾波方法，包括以下步驟：

步驟1，點云數據獲取：通過機載激光雷達系統獲取城市激光點云數據，原始點云的初始標簽類別設置為未分類；

步驟2，孤立噪聲點剔除：基于空間點密度剔除原始LiDAR點云中的孤立點，孤立點標簽設置為噪聲點；

步驟3，表面點提取：通過局部高程直方圖獲取最佳模擬表面點，采用移動曲面擬合算法從未分類點云中提取出表面點；

步驟4，初始地面點提取：利用漸進式不規則三角網加密濾波算法從表面點中提取初始地面點；

步驟5，低噪聲點剔除：以步驟4提取的初始地面點構成的TIN模型為基準地形面，將高程值低于基準地形面一定閾值Δh的點云視為噪聲點進行剔除，Δh的值一般設置為0.2m。