[发明专利]一种基于建筑物角点自修正的航空与地面LiDAR数据高精度自动配准方法

权利要求书

1.一种基于建筑物角点自修正的航空与地面LiDAR数据高精度自动配准方法，包括以下步骤：

第一步、从航空LiDAR数据中提取建筑物角点，称为航空角点；从地面LiDAR数据中提取建筑物角点，称为地面角点；

第二步、分别从航空角点和地面角点中选取出任意两个点计算用于坐标变换的转换矩阵，对所有可能的转换矩阵根据最大匹配对数和最小匹配误差确定最优转换矩阵，并使用最优转换矩阵对地面角点进行初始变换，对应的成功匹配的航空角点和地面角点即为初始匹配角点对；

第三步、计算每对航空和地面角点之间的距离，将具有最大距离值的航空角点移动至对应的地面角点位置，完成一次误差较大航空角点的修正；

第四步、循环执行第二步和第三步，在循环过程中，计算航空角点与地面角点的总误差值，如果本次循环的总误差值大于前面一次循环总误差值的20％，则停止循环，完成所有误差较大航空角点移动修正；

第五步、采用倒数第二次循环中获得的最优转换矩阵对航空LiDAR数据和地面LiDAR数据进行配准。

2.根据权利要求1所述的基于建筑物角点自修正的航空与地面LiDAR数据高精度自动配准方法，其特征在于：所述第一步从航空LiDAR数据中提取航空角点的方法如下：使用反向迭代数学形态学方法从航空LiDAR数据中提取建筑物区域；对不规则建筑物区域使用规则化方法得到规则的建筑物轮廓线段，两两相交的轮廓线段形成航空角点，并将所述航空角点周围1m范围内的LiDAR点的高程最高值作为该航空角点的高程。

3.根据权利要求1所述的基于建筑物角点自修正的航空与地面LiDAR数据高精度自动配准方法，其特征在于：第一步中从地面LiDAR数据中提取地面角点的方法如下：使用分层次的格网密度方法从地面LiDAR数据中提取建筑物轮廓；在此基础上使用轮廓延伸密度方法对提取的建筑物轮廓进行恢复，形成完整的建筑物轮廓；然后将完整的建筑物轮廓投影到三维坐标系的XY平面内寻找二维相交点，如果任两条构成相交点的轮廓的高程差小于1m，则判定两条轮廓在实际的三维空间中相交，两条轮廓的相交点为一个地面角点，并将所述两条轮廓的高程均值作为该地面角点的高程。

4.根据权利要求3所述的基于建筑物角点自修正的航空与地面LiDAR数据高精度自动配准方法，其特征在于：使用分层次的格网密度方法从地面LiDAR数据中提取建筑物轮廓，具体步骤如下：

1a)地面LiDAR点云投影至XY平面——将地面LiDAR点云投影至三维坐标系的XY平面，并保留各个点的X、Y、Z属性；

1b)提取粗略轮廓格网——在所述XY平面内构建1m*1m的粗略格网，计算每个粗略格网中LiDAR投影点的数量，即得到该粗略格网的格网密度，根据建筑物边缘轮廓处的粗略格网密度阈值对所述粗略格网进行筛选，保留格网密度大于所述粗略格网密度阈值的粗略格网，得到粗略轮廓格网；

1c)提取精确轮廓格网——在粗略轮廓格网中构建0.2m*0.2m的精细格网，计算精细格网内LiDAR投影点的数量即得到精细格网的格网密度，根据建筑物边缘轮廓处的精细格网密度阈值对所述精细格网进行筛选，保留格网密度大于所述精细格网密度阈值的精细格网，得到精确轮廓格网；

1d)格网高差筛选——遍历所有精确轮廓格网，如果精确轮廓格网内的最高LiDAR点和最低LiDAR点的高差大于相应实验区建筑最低高程则保留该精确轮廓格网，否则剔除；

1e)获取轮廓线段——对筛选后的精确轮廓格网使用Hough变换得到二维矢量轮廓线段。