【技术实现步骤摘要】
基于LiDAR点云的空间拓扑关系约束下的建筑物建模方法
本专利技术涉及机载激光雷达
,更具体地说它是基于LiDAR点云的空间拓扑关系约束下的建筑物建模方法。
技术介绍
LiDAR(LightDetectionAndRanging)即激光探测与测量,是利用GPS(GlobalPositionSystem)和IMU(InertialMeasurementUnit,惯性测量装置)机载激光扫描;其所测得的数据为数字表面模型(DigitalSurfaceModel,DSM)的离散点表示,数据中含有空间三维信息和激光强度信息。应用分类(Classification)技术在这些原始数字表面模型中移除建筑物、人造物、覆盖植物等测点,即可获得数字高程模型(DigitalElevationModel,DEM),并同时得到地面覆盖物的高度。现有的利用LiDAR点云数据与多源数据进行建筑物建模方法,主要分为点云分割处理、建筑物轮廓提取和建筑物模型生成几个步骤,其中,建筑物模型的生成是建筑物重建的核心步骤,其目的在于恢复建筑物屋顶的每一个面片的高度、形状、位置、方向,以及面片之间的关系,进而构成具有完整拓扑结构的建筑物实体模型。目前,针对建筑物模型构型,主要有两种方法:其一是采用LiDAR建筑物点云中提取的阶跃边缘和屋脊线等线特征作为空间划分依据,基于BSP算法重建建筑物边界,进而重建建筑物模型;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-合并两步骤主要是重建建筑物结构线之间的拓扑关系,以完成封闭多边形;这两种方法在原理 ...
【技术保护点】
基于LiDAR点云的空间拓扑关系约束下的建筑物建模方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1:对目标区域的建筑物LiDAR点云进行点云分割处理和建筑物轮廓提取,得到建筑物的精确二维外轮廓和高程信息以及建筑物屋顶几何基元的数学表达式;步骤2:针对所述建筑物屋顶几何基元,提取相邻建筑物屋顶几何基元之间的邻接点对,计算分析邻接点对的空间连接关系,确定所述建筑物屋顶几何基元之间的空间连接关系,构建所述建筑物屋顶几何基元空间拓扑关系图;步骤3:以所述建筑物屋顶几何基元的空间拓扑关系为约束,引入奈夫多面体,定义所述建筑物屋顶几何基元间的三维布尔运算规则,以所述建筑物屋顶几何基元为基本单位进行建筑物模型的构建;对每一个建筑物屋顶几何基元多面体,在上述定义的三维布尔运算规则下,与所有与该建筑物屋顶几何基元多面体邻接的基元多面体进行三维布尔运算之后得到基元顶面半空间,同时根据步骤1中得到的建筑物精确二维外轮廓和高程信息得到完全包含建筑物实体模型的墙面及地面的半空间,将所述基元顶面半空间和所述墙面及地面的半空间进行三维布尔运算的求交运算,得到建筑物实体模型。
【技术特征摘要】
1.基于LiDAR点云的空间拓扑关系约束下的建筑物建模方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤1:对目标区域的建筑物LiDAR点云进行点云分割处理和建筑物轮廓提取,得到建筑物的精确二维外轮廓和高程信息以及建筑物屋顶几何基元的数学表达式;步骤2:针对所述建筑物屋顶几何基元,提取相邻建筑物屋顶几何基元之间的邻接点对,计算分析邻接点对的空间连接关系,确定所述建筑物屋顶几何基元之间的空间连接关系,构建所述建筑物屋顶几何基元空间拓扑关系图;步骤3:以所述建筑物屋顶几何基元的空间拓扑关系为约束,引入奈夫多面体,定义所述建筑物屋顶几何基元间的三维布尔运算规则,以所述建筑物屋顶几何基元为基本单位进行建筑物模型的构建;对每一个建筑物屋顶几何基元多面体,在上述定义的三维布尔运算规则下,与所有与该建筑物屋顶几何基元多面体邻接的基元多面体进行三维布尔运算之后得到基元顶面半空间,同时根据步骤1中得到的建筑物精确二维外轮廓和高程信息得到完全包含建筑物实体模型的墙面及地面的半空间,将所述基元顶面半空间和所述墙面及地面的半空间进行三维布尔运算的求交运算,得到建筑物实体模型。2.根据权利要求1所述的基于LiDAR点云的空间拓扑关系约束下的建筑物建模方法,其特征在于:步骤3中,所述建筑物屋顶几何基元间的三维布尔运算规则包括几何基元自身曲面约束下的三维布尔运算规则、邻接几何基元约束下的三维布尔运算规则、建筑物外部表面约束下的三维布尔运算规则。3.根据权利要求2所述的基于LiDAR点云的空间拓扑关系约束下的建筑物建模方法,其特征在于:建筑物屋顶几何基元自身曲面约束下的三维布尔运算规则为:定义建筑物屋顶初始基元多面体:其中,为初始基元多面体half_space表示由超平面划分得到的半空间,NA为表面f(x,y,z)在该几何基元重心处的逆法向量。4.根据权利要求2所述的基于LiDAR点云的空间拓扑关系约束下的建筑物建模方法,其特征在于:邻接几何基元约束下的三维布尔运算规则包括直接连接关系约束下的布尔运算规则、阶跃连接关系约束下的布尔运算规则和混合连接关系约束下的布尔运算规则。5.根据权利要求4所述的基于LiDAR点云的空间拓扑关系约束下的建筑物建模方法,其特征在于:直接连接关系约束下的布尔运算规则为...
【专利技术属性】
技术研发人员:李云帆,钟良,喻静敏,甘拯,汤璇,
申请(专利权)人:长江空间信息技术工程有限公司武汉,
类型:发明
国别省市:湖北,42
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