一种对航空倾斜摄影的地理数据中构造物数据的提取方法

摘要

本发明公开了一种对航空倾斜摄影的地理数据中构造物数据的提取方法，包括以下步骤：将航空倾斜摄影的地理三维模型数据存储为三维拓扑关系网数据结构；设定分类斜度值，将空间三角形面分类为大坡度面和小坡度面；把具有相邻关系的三角形面合并，得到多个孤立的空间多边形和多个孤立的没有被合并的空间三角形面；把所有由大坡度面生成的孤立的空间多边形从原模型中提取出来；在被提取出的由大坡度面生成的孤立的空间多边形中，存在内部留有空洞的空间多边形，在由小坡度面生成的孤立的空间多边形和空间三角形面中查找与空洞相符合的数据，而填补到相应的空洞中。本发明用以提取和分类地表构造物，丰富了航空倾斜摄影的后期应用。

说明书

技术领域

本发明涉及航空倾斜摄影技术领域，具体涉及一种对航空倾斜摄影的地理数据中构造物数据的提取方法。

背景技术

航空倾斜摄影测量：是指倾斜地理定位与测量系统。基本原理是通过在航飞器上安装前后、左右、垂直五个方向的相机，连续拍摄地球表面，通过相片的重叠形成立体相对，然后通过射线前方交会计算三维空间坐标。这种摄影测量方法，简称为“倾斜测量”。倾斜测量的应用包括：(1)倾斜测量数据可以提取三维建筑模型、树木、铁塔等明显凸出于地表的各种物体；(2)通过倾斜测量数据剔除地物后，生成三维地面高程模型(DEM)；(3)应用倾斜测量数据生成建筑平面线画图。

但是，倾斜测量得到的三维模型数据是所有数据都融合在一个模型中，计算机无法区分哪些是建筑物、树木、铁塔、其他地表构造物。因为这些构造物没有被提取出来，所以无法给它们单独赋予属性，严重限制了后期应用。由于地面构造物与地表数据全部融合在一起，无法生成正确的三维地面高程模型(DEM)。而且，在绘制二维平面矢量地形图时，手工绘制建筑平面线画图效率低、作业难度高、容易出错。

目前的航空倾斜测量产品生成的三维模型数据是一个大综合，不能给每栋建筑赋予属性、不能生成地表高程模型、不能直接提供矢量地形图用于计量建筑的面积和位置。另外，基于航空摄影测量照片的建筑物提取，主要原理是通过颜色梯度差提取建筑的边缘轮廓生成平面矢量图，不能处理三维数据、房顶颜色复杂边缘梯度不明显的建筑无法处理；而基于激光点云的建筑物提取产品，主要原理是基于相邻点云的高度差、迭代窗口滤波，这种方法能够有效过滤外表轮廓较规则的建筑物或树木，但无法处理外表轮廓复杂的建筑物、也不能用于航空倾斜测量的面状数据。

发明内容

本发明提供一种对航空倾斜摄影的地理数据中构造物数据的提取方法，以提取地表构造物，并分别单独赋予属性，方便后期应用。

本发明提供的技术方案为：

一种对航空倾斜摄影的地理数据中构造物数据的提取方法，包括以下步骤：

步骤一、将航空倾斜摄影的地理三维模型数据存储为三维拓扑关系网数据结构，以获取地理三维模型数据中的所有空间三角形面信息；

步骤二、设定分类斜度值，将斜度大于所述分类斜度值的空间三角形面记录为大坡度面，而将斜度小于所述分类斜度值的空间三角形面记录为小坡度面；

步骤三、分别对大坡度面和小坡度面进行处理，把具有相邻关系的三角形面合并，得到多个孤立的空间多边形和多个孤立的没有被合并的空间三角形面；

步骤四、把所有由大坡度面生成的孤立的空间多边形从原模型中提取出来，剩下的都是由小坡度面生成的孤立的空间多边形和空间三角形面；

步骤五、在被提取出的由大坡度面生成的孤立的空间多边形中，存在内部留有空洞的空间多边形，在由小坡度面生成的孤立的空间多边形和空间三角形面中查找与空洞相符合的数据，而填补到相应的空洞中；

步骤六、被补填了空洞的由大坡度面生成的孤立的空间多边形就是提取出的地表的构造物。

优选的是，所述的对航空倾斜摄影的地理数据中构造物数据的提取方法，将由小坡度面生成的孤立的空间多边形和空间三角形面标记为平面孤岛，在平面孤岛中查找与空洞边缘有相邻关系且位置匹配的数据。

优选的是，所述的对航空倾斜摄影的地理数据中构造物数据的提取方法，所述设定分类斜度值的方法为，以所拍摄的地理数据所对应的大地的自然地表坡度的近似值作为分类斜度值。

优选的是，所述的对航空倾斜摄影的地理数据中构造物数据的提取方法，所述构造物为地表建筑物。

优选的是，所述的对航空倾斜摄影的地理数据中构造物数据的提取方法，所述步骤六中还包括围绕每个构造物的边缘一圈，提取出构造物的边缘界线。

优选的是，所述的对航空倾斜摄影的地理数据中构造物数据的提取方法，所述三维拓扑关系网数据结构包括构成整个倾斜测量的三维模型的所有顶点信息，由这些顶点的序号索引构成的空间三角形信息和空间三角形的边信息，每个顶点发出的边信息和三角形信息，每条边的左右三角形信息。

本发明的有益效果：(1)开发了一种简单高效的航空倾斜摄影测量的数据分类提取方法，根据航空倾斜摄影测量的数据提取和分类可以直接得到建筑物、树木、铁塔及其它地表构造物，本发明丰富了航空倾斜摄影的后期应用。(2)分类得到的构造物可以单独赋予属性等增加辅助信息与分析功能，可以广泛应用于三维数字城市及三维资产管理等多领域。(3)本发明把地表构造物提取后，剩下的是已经剔除地物的裸地表数据，可以直接提取测量成果，生成地面高程模型或生成矢量地形图等应用。

具体实施方式

根据地理学、流体稳定性原理等知识，可以得知自然地表的坡度通常是在某个坡度值范围内，超越这个范围值可以视为悬崖、陡坎、建筑、其它地表构造物。这些与自然地表形态有着明显区别的物体是本发明研究的主要目标对象。

本发明提供一种对航空倾斜摄影的地理数据中构造物数据的提取方法，包括以下步骤：

步骤一、将航空倾斜摄影的地理三维模型数据存储为三维拓扑关系网数据结构，以获取地理三维模型数据中的所有空间三角形面信息；

这种三维拓扑关系网数据结构的内容包括构成整个三维模型的所有顶点信息、由这些顶点的序号索引构成的空间三角形信息、构成空间三角形的边信息、每个顶点发出的边信息和三角形信息、每条边的左右三角形信息。每个三角形都确定一个面，可以非常方便的确定这个三角形面的倾斜角度。可以看出，这种数据结构，还可以快速找到每个三角形的相邻三角形。

步骤二、设定分类斜度值，将斜度大于所述分类斜度值的空间三角形面记录为大坡度面，而将斜度小于所述分类斜度值的空间三角形面记录为小坡度面；

分类斜度值可以根据航空倾斜摄影所在区域的地理资料推算得出，本实施例以所拍摄的地理数据所对应的大地的自然地表坡度的近似值作为分类斜度值。这个分类斜度值即可作为自然地表与地表构造物的分界线参数，根据这个分类斜度值把空间三角形面分类为大坡度面和小坡度面。分类斜度值可以反复调整优化，直到得到理想的分类结果。

步骤三、分别对大坡度面三角形和小坡度面三角形进行处理，把具有相邻关系的三角形面合并，得到多个孤立的空间多边形和多个孤立的没有被合并的空间三角形面；

本发明使用的是步骤一中的三维拓扑关系网数据结构，因而非常容易确定每个三角形的相邻三角形。分别将大坡度面三角形和小坡度面三角形与其相应的相邻三角形合并，可以得到多个孤立的空间多边形，而对于没有相邻三角形的空间三角形，就只能得到多个孤立的空间三角形。

步骤四、把所有由大坡度面生成的孤立的空间多边形从原模型中提取出来，剩下的都是由小坡度面生成的孤立的空间多边形和空间三角形面；

步骤五、在被提取出的由大坡度面生成的孤立的空间多边形中，存在内部留有空洞的空间多边形，在由小坡度面生成的孤立的空间多边形和空间三角形面中查找与空洞相符合的数据，而填补到相应的空洞中；本实施例中，将由小坡度面生成的孤立的空间多边形和空间三角形面标记为平面孤岛，在平面孤岛中查找与空洞的形状和尺寸相符合、与空洞边缘有相邻关系且位置匹配的数据，并用来填补空洞。

步骤六、被补填了空洞的由大坡度面生成的孤立的空间多边形就是提取出的地表的构造物。所述构造物主要为地表建筑物，例如房屋、塔及其它人造建筑，还可以是树木。围绕每个构造物的边缘一圈，就可以提取出构造物的边缘界线。

例如，某地区的自然地表坡度为3度，某房屋的航空倾斜摄影三维模型中，组成屋顶的空间三角形面的斜度均小于3度，而组成房屋四块侧墙的空间三角形面的斜度均为90度。这时，即可设定分类斜度值为3度，那么组成屋顶的空间三角形面均归为小坡度面，而组成四块侧墙的空间三角形面即可归为大坡度面。将屋顶的三角形面和侧墙的三角形面分别合并，得到屋顶多边形和侧墙多边形。将侧墙多边形提取出来，屋顶多边形留在原模型中，标记为平面孤岛。提取出来的侧墙多边形在原屋顶的位置存在空洞，这时可以用屋顶多边形将侧墙多边形补充完整，即完成该房屋的提取。围绕房屋一圈即可得到房屋的边缘界线。类似的，可以完成其它地表构造物的提取。

本发明的应用：分类得到的构造物可以单独赋予属性等增加辅助信息与分析功能，可以广泛应用于三维数字城市、三维资产管理等多领域；把地表构造物提取后，剩下的是已经剔除地物的裸地表数据，可以直接用于生成地面高程模型；还可以对地表构造物的边缘界线进行处理，直角化、剔除多余顶点、剔除细小折弯点等，生成矢量平面图。