一种面向输电工程三维设计顾及实体属性的实景建模方法技术

本发明专利技术公开一种面向输电工程三维设计顾及实体属性的实景建模方法，利用迭代最近点算法将不同来源不同精度的点云数据配准统一到同一坐标系中；对点云数据进行点云分类，得到包括地面点云、建筑物点云、植被点云、输电线点云、输电塔点云和未分类点云的类别点云；利用地面点云构建数字高程模型；对除地面点云之外的其他类别点云进行单体分割，获得多个独立的单体簇；提取单体簇的地物属性信息；基于单体簇所属的类别点云，自动化重建各个单体簇，获得实体模型；将实体模型与对应的单体簇的地物属性信息进行关联。能够弥补实景建模目前存在的不足，丰富实景模型的成果，满足实际应用需求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种面向输电工程三维设计顾及实体属性的实景建模方法


[0001]本专利技术涉及一种面向输电工程三维设计顾及实体属性的实景建模方法，属于输电工程三维设计与实景建模


技术介绍

[0002]输电工程正向三维设计现已成为业内常态，目前三维设计的大场景还是三维地理信息模型，针对三维地理信息模型的构建，目前最为高效的技术手段为通过激光点云或者通过倾斜摄影、贴近摄影测量的方法依托运动恢复结构(Structure
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Motion，简称SfM)原理来进行三维重建，这种实景建模方法具有自动化程度高、成本低和效率高的优势，但其不足之处在于所构建的三维模型为Mesh模型，在进行输电线路设计应用时具有不可编辑性，无法对具体模型进行操作分析，也无法适应空间统计与分析应用。
[0003]针对上述实景模型不可编辑和无法灵活应用的缺陷，专家学者开始研究模型单体化，即在实景模型构建之后，通过各种方法将整体模型分成一个个独立的单体模型。有的单体化方法是仅通过高亮显示来做出单体化效果，这是一种形式上的单体化，同样无法满足后续的分析应用。有些方法是采用后处理方式，即模型构建好后对整体模型进行切割，形成单体模型，这种方法形成的单体模型可以满足分析应用，但是这种方法的不足在于这个过程全部依靠人工去完成，效率较低，且分割出来的物体没有属性，后续也需要人工填充完善，工作量大，效率低。
[0004]利用SfM原理生成三维模型是依靠摄影测量原理和计算机视觉算法对图像像素点信息进行提取，生成点云数据，再恢复场景结构，形成Mesh模型。现阶段以Terrasolid、GlobalMapper等为代表的软件在点云分类效率上较高。在点云分割方面，有基于几何特征的分割算法，也有基于深度学习的算法。

技术实现思路

[0005]针对目前输电工程三维设计时，所利用的实景模型没有属性信息、无法单体化、无法检索的问题，本专利技术提出了一种面向输电工程三维设计顾及实体属性的实景建模方法，针对输电工程正向三维设计，实景模型应能满足房屋统计、林木统计和交跨分析等。在实景建模过程中将高效点云处理算法融合进来，能够弥补实景建模目前存在的不足，可以丰富实景模型的成果，满足实际应用需求。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供一种面向输电工程三维设计顾及实体属性的实景建模方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：利用迭代最近点算法将不同来源不同精度的点云数据配准统一到同一坐标系中；
[0008]步骤2：对配准统一到同一坐标系中的点云数据进行点云分类，得到包括地面点云、建筑物点云、植被点云、输电线点云、输电塔点云和未分类点云的类别点云；
[0009]步骤3：利用地面点云构建数字高程模型；
[0010]步骤4：对除地面点云之外的其他类别点云进行单体分割，获得多个独立的单体簇；
[0011]步骤5：结合数字高程模型，提取单体簇的地物属性信息；
[0012]步骤6：基于单体簇所属的类别点云，自动化重建各个单体簇，获得实体模型；
[0013]步骤7：将实体模型与对应的单体簇的地物属性信息进行关联。
[0014]优先地，地物属性信息包括实体类别、分类代码、标签码、面积、高度、高程和弧垂。
[0015]优先地，步骤1中，点云数据包括激光点云和图像点云；
[0016]以激光点云为基准，将不同来源不同精度的点云数据统一到同一坐标系中。
[0017]优先地，步骤4中，利用基于密度的聚类算法DBSCAN对除地面点云之外的其他类别点云进行单体分割，获得多个独立的单体簇。
[0018]优先地，基于密度的聚类算法DBSCAN的参数取值为：
[0019]邻域距离ε＝0.5m，单体簇包含的最少点数Minpts＝200，单体簇中相邻点与点之间的间距小于0.5米，每个单体簇中点个数大于200。
[0020]优先地，对同一类别点云中每个单体簇赋值唯一的标签码，单体分割后单体簇格式如下：点号、坐标分量、分类代码、唯一的标签码、颜色RGB、强度和回波次数。
[0021]优先地，所述步骤5，利用数字高程模型，提取单体分割后单体簇的地物属性信息，具体包括：
[0022]步骤5
‑
1：针对输电线点云，提取输电线点云中所有点中间距最大的两点i(x
i
,y
i
,z
i
)和j(x
j
,y
j
,z
j
)，以i和j两点构建直线l，计算出输电线点云中每个点距离直线l的距离d，选择距离d中的最大值d
max
作为弧垂；
[0023]步骤5
‑
2：将植被点云、建筑物点云和输电塔点云投影到二维平面，用表示植被点云、建筑物点云或输电塔点云，c为分类代码，m为标签码；
[0024]在中检索x轴上的最大值x
max
、x轴上的最小值x
min
、y轴上的最大值y
max
和y轴上的最小值y
min
所对应的共计四个角点，利用四个角点构建矩形包围盒，并在矩形包围盒中构建预设长宽的方格网；
[0025]步骤5
‑
3：从点(x
max
，y
min
)开始，按照反S顺序检索，方格网内若有点则在点云数据中检索该方格网内Z轴上的最大值Z
max
和对应的数字高程模型高程值h，计算出高度H＝Z
max
‑
h；
[0026]将Z
max
记录在高程数组中，将H记录在高度数组中；
[0027]步骤5
‑
4：选取高程数组Z中最大值作为高程，选取高度数组中最大值作为高度；高程数组中元素个数n，则类别点云的面积M＝n
×
方格网的长度
×
方格网的宽度。
[0028]优先地，步骤5
‑
5：提取地物属性信息，保存到数据库；
[0029]数据库包括实体类别、分类代码、标签码、面积、高度、高程和弧垂。一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
[0030]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
[0031]本专利技术所达到的有益效果：
[0032]采用本专利技术方法可以使建立好的实景模型是独立的实体，能够参与检索，参与统计分析，且能够顾及到实体的属性信息，可以直接利用模型属性信息，而不用再通过量测来计算，与目前输电工程三维设计所用的实景模型相比，属性信息丰富，与目前模型单体化方法相比，整个过程自动化程度较高。
[0033]本专利技术在实景建模过程中将高效点云处理算法融合进来，能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向输电工程三维设计顾及实体属性的实景建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用迭代最近点算法将不同来源不同精度的点云数据配准统一到同一坐标系中；步骤2：对配准统一到同一坐标系中的点云数据进行点云分类，得到包括地面点云、建筑物点云、植被点云、输电线点云、输电塔点云和未分类点云的类别点云；步骤3：利用地面点云构建数字高程模型；步骤4：对除地面点云之外的其他类别点云进行单体分割，获得多个独立的单体簇；步骤5：结合数字高程模型，提取单体簇的地物属性信息；步骤6：基于单体簇所属的类别点云，自动化重建各个单体簇，获得实体模型；步骤7：将实体模型与对应的单体簇的地物属性信息进行关联。2.根据权利要求1所述的一种面向输电工程三维设计顾及实体属性的实景建模方法，其特征在于，地物属性信息包括实体类别、分类代码、标签码、面积、高度、高程和弧垂。3.根据权利要求1所述的一种面向输电工程三维设计顾及实体属性的实景建模方法，其特征在于，步骤1中，点云数据包括激光点云和图像点云；以激光点云为基准，将不同来源不同精度的点云数据统一到同一坐标系中。4.根据权利要求1所述的一种面向输电工程三维设计顾及实体属性的实景建模方法，其特征在于，步骤4中，利用基于密度的聚类算法DBSCAN对除地面点云之外的其他类别点云进行单体分割，获得多个独立的单体簇。5.根据权利要求4所述的一种面向输电工程三维设计顾及实体属性的实景建模方法，其特征在于，基于密度的聚类算法DBSCAN的参数取值为：邻域距离ε＝0.5m，单体簇包含的最少点数Minpts＝200，单体簇中相邻点与点之间的间距小于0.5米，每个单体簇中点个数大于200。6.根据权利要求5所述的一种面向输电工程三维设计顾及实体属性的实景建模方法，其特征在于，对同一类别点云中每个单体簇赋值唯一的标签码，单体分割后单体簇格式如下：点号、坐标分量、分类代码、唯一的标签码、颜色RGB、强度和回波次数。7.根据权利要求1所述的一种面向输电工程三维设计顾及实体属性的实景建模方法，其特征在于，所述步骤5，结合数字高程模型，提取单体分割后单体簇的地物属性信息，具体包括：步骤5
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1：针对输电线点云，提取输电线点云中所有点中间距最大的两点i(x
i
,y
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【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，李欣，陈正宇，徐君民，袁飞，陈杰，赵祥伟，孙墩权，杨晓慧，王娟，
申请(专利权)人：中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：