[发明专利]基于机载激光雷达的建筑物建模方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及卫星遥感与图形建模，特别涉及一种基于机载激光雷达的建筑物建模方法和装置。

背景技术

激光雷达(Light Detection And Ranging，简称LIDAR)技术的兴起为解决如何快速获取数据的问题提供了新的选择。激光雷达技术属于一种主动式的信息获取技术，从出现至今己经过了多年的发展，并且逐渐兴起越来越受到相关行业的重视。激光雷达测量技术是从20世纪中后期出现并逐步发展起来的一门新型技术，机载LIDAR系统是一个集成系统，包含了多个设备，主要有激光测距单元、光学机械扫描单元、控制记录单元、GPS接收机和惯性测量单元IMU(Inertial Measure Unit)等，其中激光测距单元又包括了激光发射器和接收机。激光测距单元主要是用于测量激光发射器与目标反射点之间的距离；光学机械扫描单元使机载LIDAR系统可以实现对目标表面沿某方向进行逐点测量；GPS接收机和IMU主要用来获取平台的姿态和位置，这两个设备联合起来又被称为导航系统，或者是POS(Positioning and Orientation system)系统，通过这些设备的组合解算获取点云数据空间信息。

城市地区建筑物建模，对于数字城市的建立具有极为重要的意义。三维数字城市重建的传统方法主要是通过航空影像立体匹配技术获取建筑物的三维模型。但依然有许多问题没有很好地解决，这也促使研究者去探索用新的数据采集技术或新的数据处理方法进行建筑物的重建。机载LIDAR测量技术的发展为我们获取城市空间信息提供了一种全新的技术手段，其中机载LIDAR所获取的点云数据中包含有大量的建筑物空间信息，由于机载LIDAR的工作原理这部分建筑物信息又主要以建筑物屋顶信息为主。因此机载激光雷达的发展为数字城市中建筑物的建模提供了有力的支持，对机载LIDAR的相关研究对城市的管理与人们的日常生活都具有重要意义。

目前机载激光雷达数建筑物提取的常用的一种方法是基于传统的数字图像处理方法。在遥感的发展过程中已积累了许多模式识别和数字图象处理的算法，其中有一些方法仍然可以引入到对机载激光雷达的数据处理中。通常的做法是将离散的激光雷达点云内插为格网，然后按照图像处理的方法对其进行处理和分析，寻找建筑物边界，结合地形得到建筑物模型。由于这种方法是将激光雷达点云数据当作图像处理，所以在内插的过程中丢失了精度，并且没有很好地利用机载激光雷达点云数据本身的特点。因此获取的建筑物模型在精度上存在比较大的误差。

还有一种方法是基于模型驱动的方法。基于LIDAR点云数据模型驱动构建建筑物模型，需要已知构建点云对象的建筑物类型及建筑样式，然后再模型库中选择对应的模型构建方法，选取或计算出对应参数得到建筑物模型。但这必须提前获知建筑物的类型以及建筑样式，只能对模型库中已有的建筑物进行建模。因此采用模型驱动的方式构建建筑物模型在可用性及自动化等方面受到约束比较严重。

因此，针对相关技术中所存在的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

为解决上述现有技术所存在的问题，本发明提出了一种基于机载激光雷达数据进行建筑物建模的方法。

本发明采用如下技术方案：一种建筑物建模的方法，包括以下步骤：

步骤一：将机载LIDAR数据进行预处理，包括在点云数据中将地面点和非地面点分离；

步骤二：在所述非地面点中提取建筑物点云信息；

步骤三：对点云信息进行分割，得到建筑物对象；

步骤四：提取建筑物对象中的建筑物规则边框；

步骤五：将建筑物对象的屋顶点按面片进行分类；

步骤六：根据所述分类结果，建立建筑物模型；

步骤七：显示所建立的模型效果。

优选地，所述步骤三利用射线法对点云信息进行分割，得到相互分隔的建筑物对象，

其中在射线法的分割过程中，采用绘制多边形，利用射线与多边形焦点的特殊性与奇偶性，判断点是否在多边形内部。

优选地，所述步骤四进一步包括，基于提取建筑物轮廓线的过程，在提取建筑物轮廓线点的同时，记录了轮廓线点的顺序，

所述提取建筑物轮廓线进一步包括：

将集中得到的凸壳顶点作为建筑物的轮廓线点，将点集投影到XOY平面上，

步骤4.1：确定建筑物的第一个凸壳点，本发明选取点集中x坐标最小的点为凸壳的起始点，若有x坐标相同的点，取y坐标最小的点为凸壳的起始点，