机载LiDAR数据三维建筑物模型重建方法研究

摘要

机载激光雷达(Light Detection And Ranging,LiDAR)是一种对地表空间和特征信息的直接定位新技术,能够快速获取高精度的数字表面模型(Digital Surface Model,DSM)数据。机载激光雷达数据包含了大量关于建筑物的三维信息,特别是可供推理的屋顶信息,该技术的出现为建筑物的快速重建提供了一种新途径。目前,自动重建算法的缺失严重限制了机载激光雷达在建筑物模型数据获取中的应用。
　　本文详细介绍了基于机载LiDAR数据建筑物自动提取与重建的研究现状及LiDAR的基本原理和点云数据的特点,并在此基础上,着重研究了基于机载LiDAR点云数据的建筑物自动提取和重建方法。主要研究内容如下:
　　1.归纳总结了基于LiDAR数据的建筑物自动提取与重建的国内外研究现状并详细论述了机载LiDAR系统的基本原理和点云数据的特点。
　　2.分析了国内外经典的点云数据滤波的原理和方法,并采用渐进式不规则三角网加密的滤波算法对点云数据进行滤波。详细分析了建筑物的高度、面积、平面性等特征,改进并实现了基于区域增长算法提取建筑物,同时采用连通性分析的方法实现单栋建筑物的标记,为建筑物重建奠定了基础。
　　3.采用基于局部凸壳的方法提取建筑物轮廓线,并对建筑物轮廓线进行分组简化和规则化处理,从而实现建筑物体块模型的重建。
　　4.改进了两种屋顶面片分割方法并进行对比分析,对每个面片的轮廓线进行提取和调整并在判断阶跃线和屋脊线的基础上,实现建筑物基础模型的重建。
　　5.选取典型实验区,进行了建筑物的提取、体块模型重建、基础模型重建等实验,并定性和定量分析了建筑物提取和重建效果。实验表明本文方法能够有效实现较大区域建筑物的三维重建。

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目录

1 绪论

1.1 研究的背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的内容与组织结构

2 机载激光雷达技术原理及数据特点

2.1 机载激光雷达的基本原理

2.2 点云数据

2.3 本章小节

3 滤波与建筑物提取

3.1 滤波

3.2 建筑物提取

3.3 单栋建筑物标记

3.4 本章小节

4 建筑物模型重建

4.1 体块模型重建

4.2基础模型重建

4.3 本章小节

5 实验与分析

5.1 实验平台与实验数据

5.2 实验与分析

5.3 结论

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

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