机载LiDAR点元数据建筑物半自动提取方法研究

摘要

由于城市是地球表面人口、技术、经济、文化等基础设施和信息最密集的地区,所以数字城市也逐渐成为地理信息系统所关注的焦点,在市政管理、日常生活以及公共安全等很多方面都有非常重要的应用价值。城市中最主要的元素是建筑物,对城市地区建筑物进行建模具有一定现实意义。机载激光雷达测量技术的发展为我们获取高时空分辨率的地球空间信息提供了一种全新的技术手段,并且机载激光雷达数据包含了大量关于建筑物的三维信息,特别是包含了大量的屋顶信息,这些信息提供了许多可供推理的线索,为建筑物的三维重建带来很大的便利。本文主要介绍机载LiDAR技术的发展历程,并介绍了机载LiDAR技术的硬件和后期数据处理的研究现状与发展趋势,并对机载LiDAR建筑物提取方法的研究现状进行了详细的阐述。对机载激光雷达的组成和工作方式、观测原理以及数据特点进行了介绍,并根据房屋类型对简单规则房屋进行半自动提取方法研究。具体内容如下:(1)归纳总结了国内外机载LiDAR建筑物提取研究现状,介绍了激光雷达相关的系统组成、工作方式、对地观测原理以及数据特点。(2)介绍了机载激光雷达滤波和分类的相关概念,并用专业软件进行滤波和分类操作。对滤波和分类结束后的建筑物点云利用KD树进行建筑物点群分割方法研究,最后利用空间格网中连通性的方法进行建筑物屋顶点分类。(3)用α-shape方法检测建筑物边缘点,用边缘跟踪和类似道格拉斯-普客的分裂合并方法和最小二乘拟合直线的方法对建筑物屋进行轮廓线提取,并对建筑物的轮廓线进行规则化处理。(4)本文对平顶、人字形,山型,和这三者组合的多屋顶房屋利用三维霍夫变换检测属于同一平面的种子点,并利用区域生长和最小二乘拟合平面的方法进行屋顶面提取,并结合建筑物轮廓线信息通过屋顶面相交方法提取屋脊和关键点并进行重建。(5)利用TerraSolid培训数据和搜集的数据,进行实验。分别进行了建筑物点群分割实验,建筑物轮廓线提取实验和简单规则建筑物屋顶面提取实验,并对典型的简单规则建筑物进行了重建。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究意义

1.2 研究现状

1.3 研究内容

1.4 研究方案

2 机载激光雷达系统

2.1 机载激光雷达系统组成

2.2 机载激光雷达对地定位原理

2.3 机载激光雷达数据

2.3.1 数据格式

2.3.2 数据特点

3 数据预处理

3.1 滤波及建筑物点云分类

3.1.1 滤波

3.1.2 建筑物点云分类

3.2 建筑物点群分割

3.3 单个建筑物屋顶点云分离

4 建筑物提取

4.1 轮廓线提取

4.1.1 边缘点检测

4.1.2 边缘线拟合

4.2 屋顶面提取

4.2.1 三维霍夫变换

4.2.2 屋顶面分割

4.3 建筑物重建

5 实验与分析

5.1 实验

5.1.1 实验资料与平台

5.1.2 建筑物点群分割实验

5.1.3 轮廓线提取实验

5.1.4 屋顶面分割实验

5.1.5 建筑物重建实验

5.2 实验分析及总结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者简历

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