一种基于激光点云的规则建筑立面快速制图方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光点云的规则建筑立面快速制图方法，该方法利用激光扫描单栋建筑三维点云和建筑物外轮廓线作为输入，首先从建筑物外轮廓线中提取轴网，确定建筑物的东西南北四条轴线；接着利用建筑外轮廓线从原始点云分割建筑立面，根据距离阈值将点云投影到轴网上，得到建筑物点云在轴网立面的投影；再对投影后的立面点云提取线特征并规则化；然后通过胞腔复形的语义标注实现建筑立面的门、窗要素提取；最后识别门、窗要素重复模式，通过重复模式的复用实现建筑立面的快速制图。本发明专利技术方法实现了基于激光点云的建筑物立面快速制图，减少人工交互，节约制图时间，提高城市建筑测绘制图的效率。测绘制图的效率。测绘制图的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光点云的规则建筑立面快速制图方法


[0001]本专利技术涉及一种基于激光点云的规则建筑立面快速制图方法，属于建筑土木工程、测绘工程


技术介绍

[0002]随着三维激光扫描技术的快速发展，激光扫描技术以其具有非接触测量、数据采样率高、高精度、高分辨率、全景化扫描等特点，在工程测量、文物保护、数字城市等多个领域得到了广泛的应用。将其用于建筑立面测量领域，可以大大减少外业测绘时间，获取建筑场景的全景化点云。利用激光扫描获取的海量、实景点云数据，可以更加完整的获取建筑空间信息，同时点云的高精度也可以保证精细化的测绘制图需求。然而，海量的点云数据同时也带来了庞大的工作量，将点云数据加载到CAD软件中进行绘图浏览效率往往较低，且以现有技术难以实现建筑立面的自动提取，利用激光扫描点云进行内业制图仍需要大量的人工交互才能完成测绘制图的生产任务，难以满足建筑立面快速测绘制图的应用需求。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于激光点云的规则建筑立面快速制图方法，从而解决上述技术问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于激光点云的规则建筑立面快速制图方法，包括以下步骤：
[0005]步骤S1:轴网提取，从建筑物外轮廓线中提取轴网，确定建筑物外轮廓线的主方向和沿主方向的包围盒，确定东西南北四条轴线；
[0006]步骤S2:立面投影，利用建筑外轮廓线从原始点云分割建筑立面，并根据距离阈值将点云投影到轴网上，得到建筑物点云在轴网立面的投影；
[0007]步骤S3:线特征提取与规则化，利用线特征提取算法对投影后的立面点云提取线特征并规则化；
[0008]步骤S4:门、窗要素提取，通过胞腔复形的语义标注实现建筑立面门、窗要素提取；
[0009]步骤S5:立面重复模式识别与应用，识别建筑立面门、窗要素重复模式，通过重复模式的复用实现建筑立面的快速制图。
[0010]进一步的，所述步骤一轴网提取的具体实现步骤为：
[0011]S11:首先对建筑物外轮廓线集合L中的每一条直线段L
i
，根据与其他直线L
j
是否平行构建邻接矩阵；
[0012]S12:如果L
i
和L
j
平行，则将L
j
的索引加入L
i
的近邻列表N
i
＝{L
i1
,L
i2
...L
ij
}；
[0013]S13:遍历每一条L
i
，取其近邻N
i
进行聚类。接着取N
i
中的直线段作为当前线段，进一步取其近邻进行聚类，直到所有的近邻都已经被访问并聚类；
[0014]S14:取没有被访问的新的直线段L
i+1
重复S13的步骤，直到循环结束；得到最终的聚类集合C；
[0015]S15:取聚类C中所有线段长度之和最长的聚类作为轴网的主方向；
[0016]S16:在XOY平面，根据主方向计算垂直方向计算建筑外轮廓线的方向包围盒，从而实现建筑的二维轴网提取。
[0017]进一步的，所述步骤S2立面投影的具体实现步骤为：
[0018]S21:利用建筑范围轮廓线沿Z轴方向分割原始点云，得到每个外廓线段(代表一堵墙)对应的墙立面点云；
[0019]S22:根据墙面线段到轴网的距离，将该墙立面点云全部投影到轴网中(东西南北四条轴线)其中之一轴线上，得到立面投影点云P。
[0020]进一步的，所述步骤S4门、窗要素提取的具体实现步骤为：
[0021]S41:将立面投影点云P围绕轴网主方向旋转变换到XOY平面；
[0022]S42:选择激光扫描较为完整，且噪声和数据缺失很少的楼层区域，根据设定的像素大小s，将切片点云投影到平面，得到栅格图像I；
[0023]S43:利用LSD线特征提取算法处理图像I，得到一系列直线段L＝{L1,L2,
…
,L
n
}；
[0024]S44:对L中的所有直线段采用凸二次线性规划实现规则化，剔除冗余平行或者共线的线特征L'；
[0025]S45:利用优化后的线特征L'构建胞腔复形，通过每个胞腔单元的二元标记实现门窗元素的建模和提取，采用图割(Graph Cut)算法计算二元标记的最优解，实现门窗元素提取。
[0026]进一步的，所述步骤S5的立面重复模式识别与应用的具体实现步骤为：
[0027]S51:利用步骤四中提取的门窗几何元素的包围盒(矩形)，构建集合B。
[0028]S52:对集合B中的每一个矩形b
i
，根据与其他矩形b
j
的面积差异构建邻接矩阵；
[0029]S53:如果b
i
和b
j
的面积差小于其中一个面积的0.2，则将b
j
的索引加入b
i
的近邻列表
[0030]S54:遍历每一条b
i
，取其近邻进行聚类，如果b
i
和b
j
沿X轴方向的交并比(IoU)大于0.9，则认为两者属于同一个模式，利用近邻矩形通过权重计算更新聚类的矩形长度和宽度；接着取中的矩形作为当前值，进一步取其近邻进行聚类，利用近邻矩形通过权重计算更新聚类的矩形长度和宽度，直到所有的近邻都已经被访问并聚类；
[0031]S55:取没有被访问的新的矩形b
i+1
重复S54的步骤，直到循环结束，得到最终的聚类集合R。
[0032]S56:取聚类集合R中的模式沿Y轴方向识别聚类，提取楼层高度差参数ΔH并取中值，完成重复模式识别；
[0033]S57:将用于重复模式识别的楼层作为参考楼层，根据用户设置的楼层数目m复用所有识别的重复元素，生成每一层的几何图形，最终实现建筑立面快速制图。
[0034]本专利技术的有益效果是：本专利技术可以有效解决由于激光点云噪声、遮挡、数据缺失造成的难以快速制图的问题，节约制图时间，提高城市建筑测绘制图的效率。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的制图流程示意图；
[0036]图2为本专利技术实施例的单栋建筑物点云数据示意图；
[0037]图3为本专利技术实施例的建筑外轮廓线矢量数据示意图；
[0038]图4为本专利技术实施例的对原始点云的建筑立面进行分割结果示意图；
[0039]图5为本专利技术实施例的从建筑物轮廓线中提取的主方向和垂直方向示意图；
[0040]图6为本专利技术实施例的投影后的立面点云示意图；
[0041]图7为本专利技术实施例的相对完整且噪声较小的区域提取门、窗元素示意图；
[0042]图8为本专利技术实施例的最终得到规则建筑立面示意图。
具体实施方式
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光点云的规则建筑立面快速制图方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:轴网提取，从建筑物外轮廓线中提取轴网，确定建筑物外轮廓线的主方向和沿主方向的包围盒，确定东西南北四条轴线；步骤S2:立面投影，利用建筑外轮廓线从原始点云分割建筑立面，并根据距离阈值将点云投影到轴网上，得到建筑物点云在轴网立面的投影；步骤S3:线特征提取与规则化，利用线特征提取算法对投影后的立面点云提取线特征并规则化；步骤S4:门、窗要素提取，通过胞腔复形的语义标注实现建筑立面门、窗要素提取；步骤S5:立面重复模式识别与应用，识别建筑立面门、窗要素重复模式，通过重复模式的复用实现建筑立面的快速制图。2.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的规则建筑立面快速制图方法，其特征在于，所述步骤一轴网提取的具体实现步骤为：S11:首先对建筑物外轮廓线集合L中的每一条直线段L
i
，根据与其他直线L
j
是否平行构建邻接矩阵；S12:如果L
i
和L
j
平行，则将L
j
的索引加入L
i
的近邻列表N
i
＝{L
i1
,L
i2
...L
ij
}；S13:遍历每一条L
i
，取其近邻N
i
进行聚类。接着取N
i
中的直线段作为当前线段，进一步取其近邻进行聚类，直到所有的近邻都已经被访问并聚类；S14:取没有被访问的新的直线段L
i+1
重复S13的步骤，直到循环结束；得到最终的聚类集合C；S15:取聚类C中所有线段长度之和最长的聚类作为轴网的主方向；S16:在XOY平面，根据主方向计算垂直方向计算建筑外轮廓线的方向包围盒，从而实现建筑的二维轴网提取。3.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的规则建筑立面快速制图方法，其特征在于，所述步骤S2立面投影的具体实现步骤为：S21:利用建筑范围轮廓线沿Z轴方向分割原始点云，得到每个外廓线段(代表一堵墙)对应的墙立面点云；S22:根据墙面线段到轴网的距离，将该墙立面点云全部投影到轴网中(东西南北四条轴线)其中之一轴线上，得到立面投影点云P。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张芳硕，杨帆，潘怡婷，刘瑞，吴亦乐，廖铭睿，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：