一种用于建筑物分析的点云数据处理方法技术

一种用于建筑物分析的点云数据处理方法，其包括：步骤一、获取待分析建筑物的点云数据；步骤二、根据点云数据确定待分析建筑物的侧边与点云数据所在的空间坐标系中水平坐标轴的夹角，得到旋转角度；步骤三、根据旋转角度对水平坐标轴进行旋转，得到处理后的点云数据。相较于现有方法，本方法能够自动地确定出所坐标轴所需要旋转的角度，并基于该角度来使得对建筑物进行分析时建筑物的朝向能够具有相同朝向，这样也就可以不再影响后续的数据处理过程，从而提高能够检查后续数据处理过程以及提高最终结果的准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于建筑物分析的点云数据处理方法
本专利技术涉及地震灾害检测
，具体地说，涉及一种用于建筑物分析的点云数据处理方法及建筑物图形分析方法。
技术介绍
地震是严重威胁人民生命财产安全的自然灾害，1949年以来我国地震造成的人员死亡数占自然灾害造成人员死亡数的比例超过二分之一。根据十年尺度地震预测研究结果，2020年前，我国大陆地区可能发生多次7级以上地震，甚至有发生8级左右巨大地震的可能。努力提高应对突发地震灾害，特别是地震巨灾的能力，保护国家和人民生命财产安全，一直是我国政府部门开展防震减灾工作的重要方面。严重破坏性地震发生后，地震灾情信息的快速、全面的获取，一直是影响地震应急指挥、抢险救援、灾害损失评估实效性的重要瓶颈。震后快速确定地震灾害程度与受灾范围是地震应急救援的实际需求；震后大量人员赶赴地震现场开展灾情调查，夜以继日地工作，目的就是为了尽快掌握地震受灾程度的分布，确定地震烈度，估计地震损失等。但受震后交通条件、防灾防疫需求、救灾救援队伍施工等限制，震后灾情实地调查人员可能无法在第一时间进入灾害现场。而借助遥感技术，通过特定方法，对震后灾区的建筑物进行特征参数提取，可以计算受灾害影响的房屋的数据，从而为震后灾害评估提供快速支持。在过去的地震应急工作中，对遥感图像的解译以及震后受灾建筑物的识别及划分灾害程度，主要依靠人工进行。在计算机技术不发达、调查区域面积小的条件下，人工解读判识尚能满足震后灾情评估的需要。而随着需要调查的区域面积越来越多，人工解译速度已无法满足震后灾情快速评估的需求。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种用于建筑物分析的点云数据处理方法，所述方法包括：步骤一、获取待分析建筑物的点云数据；步骤二、根据所述点云数据确定所述待分析建筑物的侧边与所述点云数据所在的空间坐标系中水平坐标轴的夹角，得到旋转角度；步骤三、根据所述旋转角度对所述水平坐标轴进行旋转，得到处理后的点云数据。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤二包括：对所述待分析建筑物的点云数据进行水平投影，确定水平投影数据的包络凸多边形；确定所述包络凸多边形的外包矩形；计算所述外包矩形的长边与第一坐标轴的夹角，得到所述旋转角度。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤二中，利用三角剖分的方式来确定所述凸包络多边形。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤二中，确定所述外包矩形的步骤包括：步骤a、从所述凸包络多边形的顶点中选取相邻的两个顶点，做这两个顶点的连接线，得到矩形的第一条边；步骤b、计算所述凸包络多边形的其他顶点到所述第一条边的距离，并确定距离所述第一条边最远的点，经过该最远点做所述第一条边的平行线，得到矩形的第二条边；步骤c、将所述凸包络多边形的其他点向所述第一条边或第二条边投影，并从投影点中选取距离最远的两个点，得到第一投影点和第二投影点；步骤d、分别过所述第一投影点和第二投影点做与所述第一条边或第二条边垂直的直线，得到矩形的第三条边和第四条边。根据本专利技术的一个实施例，确定所述外包矩形的步骤还包括：步骤e、计算步骤d中所得到的矩形的面积；步骤f、遍历所述凸包络多边形中所有相邻顶点，重复步骤a至步骤e，得到多个矩形及其对应的面积；步骤g、从多个矩形中提取面积最小的矩形，将该面积最小的矩形作为所述包络凸多边形的外包矩形。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤二中，根据所述外包矩形各条边的长度确定所述外包矩形的长边，并计算所述长边与所述第一坐标轴的夹角，得到所述旋转角度。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤三中，基于所述旋转角度对所述水平坐标轴进行旋转的过程中，所述点云数据中的垂直坐标保持不变。根据本专利技术的一个实施例，所述方法包括：步骤三，对所述处理后的点云数据进行坐标原点归一化。根据本专利技术的一个实施例，在所述步骤三中，基于如下表达式进行坐标原点归一化：其中，(X,Y,Z)表示坐标原点归一化后的点坐标，(x′,y′,z′)表示处理后的点云数据。本专利技术还提供了一种建筑物图形分析方法，所述方法利用如上任一项所述的点云数据处理方法对建筑物的点云数据进行处理。现有的建筑物图像处理方法由于建筑物朝向的不同而导致对于建筑物的分析结果存在较大偏差，而如果采用人工方式逐栋估计建筑物的旋转角度在实际应用中会导致工作量过于巨大，因此现有的这种方法难以实用化。然而，相较于现有方法，本专利技术所提供的用于建筑物分析的点云数据处理方法能够自动地确定出所坐标轴所需要旋转的角度，并基于该角度来使得对建筑物进行分析时建筑物的朝向能够具有相同朝向，这样也就可以不再影响后续的数据处理过程，从而提高能够检查后续数据处理过程以及提高最终结果的准确性和可靠性。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：图1是根据本专利技术一个实施例的用于建筑物分析的点云数据处理方法的实现流程示意图；图2是根据本专利技术一个实施例的确定旋转角度的实现流程示意图；图3是根据本专利技术一个实施例的点云二维点集的Voronoi图；图4是根据本专利技术一个实施例的点云二维点集的Voronoi图随对应的Delaunay三角剖分图；图5是根据本专利技术一个实施例的包络凸多边形示意图；图6是根据本专利技术一个实施例的确定外包矩形的实现流程示意图；图7是根据本专利技术一个实施例的包络凸多边形的外包矩形示意图；图8是根据本专利技术一个实施例的某未倒塌的坡顶建筑物的屋顶原始点云分布图；图9和图10是根据本专利技术一个实施例的图8所示的屋顶原始点云在XOY剖面的投影图和在YOZ剖面的投影图；图11是根据本专利技术一个实施例的图8所示的坡顶建筑物的空间坐标归一化后的屋顶点云分布图；图12和图13是根据本专利技术一个实施例的图11所示空间坐标归一化后的屋顶点云在XOY剖面的投影和在YOZ剖面的投影图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本专利技术实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。地震导致的建筑物破坏是人员伤亡和经济损失的主要因素，房屋破坏程度调查是灾害损失评估的重要依据。受地理位置、风向、城市规划以及周边环境等因素影响，同一地区的不同建筑物的朝向会存在差异。在发展规划控制较好的地区绝大多数建筑物会协调且有规律分布，但普遍来看绝大多数房屋走向一致的情况极少，在未按规划建造的城中村、乡村中房屋朝向各异现象尤为明显。建筑物的走向不一致为建筑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于建筑物分析的点云数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、获取待分析建筑物的点云数据；步骤二、根据所述点云数据确定所述待分析建筑物的侧边与所述点云数据所在的空间坐标系中水平坐标轴的夹角，得到旋转角度；步骤三、根据所述旋转角度对所述水平坐标轴进行旋转，得到处理后的点云数据。

【技术特征摘要】
1.一种用于建筑物分析的点云数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、获取待分析建筑物的点云数据；步骤二、根据所述点云数据确定所述待分析建筑物的侧边与所述点云数据所在的空间坐标系中水平坐标轴的夹角，得到旋转角度；步骤三、根据所述旋转角度对所述水平坐标轴进行旋转，得到处理后的点云数据。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二包括：对所述待分析建筑物的点云数据进行水平投影，确定水平投影数据的包络凸多边形；确定所述包络凸多边形的外包矩形；计算所述外包矩形的长边与第一坐标轴的夹角，得到所述旋转角度。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，利用三角剖分的方式来确定所述凸包络多边形。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，确定所述外包矩形的步骤包括：步骤a、从所述凸包络多边形的顶点中选取相邻的两个顶点，做这两个顶点的连接线，得到矩形的第一条边；步骤b、计算所述凸包络多边形的其他顶点到所述第一条边的距离，并确定距离所述第一条边最远的点，经过该最远点做所述第一条边的平行线，得到矩形的第二条边；步骤c、将所述凸包络多边形的其他点向所述第一条边或第二条边投影，并从投影点中选取距离最远的两个点，得到第一投影点和第二投影点；步骤d、分别过所述第一投影点和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦爱霞，王晓青，袁小祥，丁玲，王书民，丁香，
申请(专利权)人：中国地震局地震预测研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11