一种激光点云与航空影像集成的建筑物三维建模方法

摘要

本发明公开了一种激光点云与航空影像集成的建筑物三维建模方法，采用机载激光设备获取建筑物的激光点云和航空影像，制作高精度的数字高程模型DEM和数字正射影像DOM产品，进行建筑物的高精细建模，制作建筑物三维电子沙盘和三维体框模型，再进行车载数据质量优化，利用机载激光设备进行要素的三维建模，最后进行机载激光设备和车载移动激光设备测量获取的三维数字模型成果的集成。本发明充分利用并融合先进的激光点云技术和航空影像技术，能够高效的对建筑物进行三维全景激光扫描并建模，获得清晰的、高精度的建筑物的实际构造三维数据，大大提升了数据的采集效率及质量，数据处理的自动化程度高，提高了三维建模的整体生产效率。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑物三维建模领域，具体是一种激光点云与航空影像集成的建筑物三维 建模方法。

背景技术

随着科技的发展，对三维建筑物建模和实现建筑物虚拟现实的需求越来越多，三维虚 拟建筑物的实现将对计算机科学及地球信息科学等诸多领域的前景产生前所未有的巨大 影响，如三维虚拟城市、机器人智能导航、导弹智导、车辆辅助驾驶、建筑模拟展示、飞 行模拟、医疗模拟、虚拟博物馆和虚拟艺术陈列馆等。

目前三维建模大致是直接使用三维制作软件，比如计算机辅助绘图设计软件、三维动 画等设计软件等建模，这种方法能逼真的表示城市结构和材质特征，特别是对于那些自然 物和不规则的建筑物效果较好，但对于大范围的区域进行建模，不仅费时费力，也不经济。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动化程度高、成产成本低的激光点云与航空影像集成的 建筑物三维建模方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光点云与航空影像集成的建筑物三维建模方法，具体步骤如下：

(1)采用机载激光设备获取建筑物的激光点云和航空影像；

(2)基于机载激光设备制作高精度的数字高程模型DEM和数字正射影像DOM产品， 并集成机载激光设备中激光点云和航空影像的各自优势进行建筑物的高精细建模，制作建 筑物三维电子沙盘；

(3)通过对机载激光设备进行精确检校和航空影像空三加密处理，实现激光点云和 航空影像的高精度匹配，通过航空影像参考实现模型边界的优化和模型细节的修改，制作 完成建筑物三维体框模型；

(4)利用车载移动激光扫描设备获取建筑物两侧环境的高密集激光点云和高分辨率 的航空影像，参考机载激光设备成果进行车载数据质量优化；

(5)利用机载激光设备对建筑物的经纬度坐标进行三维量测，对机载激光设备特别 是航拍数码相机进行精确检校，实现航空影像与激光点云的精确匹配；参考精确分类后的 激光点云，采用高程差值法进行要素的激光点云分类，确定建筑物的经纬度坐标及位置； 参考精确匹配的航空影像，进行激光点云实体要素的识别和判断；参考对应激光点云，通 过剖面表现的方式表现建筑物的位置和三维形态，进行三维建模；

(6)进行机载激光设备和车载移动激光设备测量获取的三维数字模型成果的集成。

作为本发明进一步的方案：所述机载激光设备包括第一激光扫描仪、航拍数码相机、 第一上位机、第一数据处理器、惯性导航装置和GPS装置。

作为本发明进一步的方案：所述车载移动激光扫描设备包括括第二激光扫描仪、数码 相机、第二上位机和第二数据处理器。

作为本发明再进一步的方案：所述第一数据处理器和第二数据处理器均安装在电子线 路板上，第一数据处理器和第二数据处理器上均连接有第一数据收发装置，所述第一上位 机和第二上位机上均连接有第二数据收发装置，所述第一数据处理器和第二数据处理器通 过第一数据收发装置和第二数据收发装置分别与第一上位机和第二上位机进行双向通信。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明充分利用并融合先进的激光点云技术和航空影像技术，能够高效的对建筑物进 行三维全景激光扫描并建模，获得清晰的、高精度的建筑物的实际构造三维数据，设计合 理且使用操作简便，使用效果好，大大提升了数据的采集效率及质量，数据处理的自动化 程度高，提高了三维建模的整体生产效率。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

一种激光点云与航空影像集成的建筑物三维建模方法，具体步骤如下：

(1)采用机载激光设备获取建筑物的激光点云和航空影像，激光点云的旁向重叠度 应达到30％，航空影像的航向重叠度应达到60％，旁向重叠度应达到30％；

(2)基于机载激光设备制作高精度的数字高程模型DEM和数字正射影像DOM产品， 并集成机载激光设备中激光点云和航空影像的各自优势进行建筑物的高精细建模，制作建 筑物三维电子沙盘；数字高程模型DEM是根据获取的激光点云数据，采用基于高程特征 的规则格网点云滤波分类方法，提取出地面类的激光点云，进行三角网模型构建，内插后 形成的；

(3)通过对机载激光设备进行精确检校和航空影像空三加密处理，实现激光点云和 航空影像的高精度匹配，通过航空影像参考实现模型边界的优化和模型细节的修改，制作 完成建筑物三维体框模型；

(4)利用车载移动激光扫描设备获取建筑物两侧环境的高密集激光点云和高分辨率 的航空影像，参考机载激光设备成果进行车载数据质量优化；

(5)利用机载激光设备对建筑物的经纬度坐标进行三维量测，对机载激光设备特别 是航拍数码相机进行精确检校，实现航空影像与激光点云的精确匹配；参考精确分类后的 激光点云，采用高程差值法进行要素的激光点云分类，确定建筑物的经纬度坐标及位置； 参考精确匹配的航空影像，进行激光点云实体要素的识别和判断；参考对应激光点云，通 过剖面表现的方式表现建筑物的位置和三维形态，进行三维建模；

(6)进行机载激光设备和车载移动激光设备测量获取的三维数字模型成果的集成。

机载激光设备包括第一激光扫描仪、航拍数码相机、第一上位机、第一数据处理器、 惯性导航装置和GPS装置，第一数据处理器将第一激光扫描仪所获得的云点数据和航拍数 码相机所获得的航空影像数据同步上传至第一上位机中，惯性导航装置和GPS装置连接上 位机，第一激光扫描仪需检校航偏角、翻滚角和俯仰角三个参数，航拍数码相机需检校航 偏角、翻滚角、俯仰角和相机畸变参数；车载移动激光扫描设备包括括第二激光扫描仪、 数码相机、第二上位机和第二数据处理器，第二数据处理器将第二激光扫描仪所获得的云 点数据和航拍数码相机所获得的航空影像数据同步上传至第二上位机中。

第一数据处理器和第二数据处理器均安装在电子线路板上，第一数据处理器和第二数 据处理器上均连接有第一数据收发装置，第一上位机和第二上位机上均连接有第二数据收 发装置，第一数据处理器和第二数据处理器通过第一数据收发装置和第二数据收发装置分 别与第一上位机和第二上位机进行双向通信。

本发明充分利用并融合先进的激光点云技术和航空影像技术，能够高效的对建筑物进 行三维全景激光扫描并建模，获得清晰的、高精度的建筑物的实际构造三维数据，设计合 理且使用操作简便，使用效果好，大大提升了数据的采集效率及质量，数据处理的自动化 程度高，提高了三维建模的整体生产效率。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在 本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各 种变化。