[发明专利]一种微地形表面重建方法

权利要求书

1.一种基于激光雷达的微地形重建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、激光扫描获取激光雷达点云数据，并对多站点的所述点云数据进行配准、拼接；将配准、拼接后的点云数据分类为地面点云和非地面点云；

S2、设置抽稀密度，对所述地面点云中点云密度过高的区域进行点云抽稀；利用规则格网掩膜检测算法，检测点云孔洞区和点云密度极低区；

S3、采用双对数线性拟合方法求取研究区域地形的无标度区，并基于该无标度区尺度求算地形分形维数D、表示地形表面粗糙度参数H和地形表面起伏度参数σ等地形分形参数；

S4、利用带法线控制的随机中点位移法以及计算得到的地形分形参数，对所述点云孔洞区和点云密度极低区进行插值；

S5、利用贪婪投影三角化方法，对步骤S4得到的地面点云进行微地形表面重建，并通过三角格网曲面模型表达微地形；

其中，步骤S4中，在已知两点或者多点中点处插入一个新的点，新插入点云的坐标为：

法线控制的基本思想通过已知点的法线方法推知新插入点的法线方向，利用法线对插值过程进行控制，使新插入的点法线与临近点法线存在一致性；这使得经过插值后生成的曲面在保持其原始表面特性的同时，也使插值点与周围点存在值的传递关系，能够有效的解决传统的中点位移法会产生折痕效应的问题。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，对所述点云数据分类利用渐进不规则三角网加密法进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，检测点云孔洞区和点云密度极低区的具体步骤为：

S21、根据所述步骤S1中得到的地面点云密度确定规则格网边长；

S22、利用所述规则格网边长，计算各点云对应的规则格网坐标，构成规则格网点集；

S23、根据所述规则格网点集的拓扑关系检测所述点云孔洞区或点云密度极低区的边界点；

S24、连接所述边界点成为边界线，完成所述点云孔洞区和点云密度极低区的提取。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3为：

S31、采用双对数线性拟合方法确定表征地形满足分形特征尺度范围的无标度区；根据分形理论中对于无标度区计算的要求，以logE[|X(x+Δx,y+Δy)-X(x,y)|]为纵轴坐标，以log(Δx²+Δy²)^1/2)为横轴坐标拟合曲线，求取所述曲线中线性相关性最好的一段所对应的[log(Δx²+Δy²)^1/2_min,log(Δx²+Δy²)^1/2_max]作为无标度区，其中log(Δx²+Δy²)^1/2_min为所述步骤S1中的地面点云的分辨率，log(Δx²+Δy²)^1/2_max为最终的目标；

S32、计算所述计算地形分形维数D、表示地形表面粗糙度参数H和地形表面起伏度参数σ；

对于真实地形表面X(x,y)，其任意布朗运动公式为：

对Hlog(Δx²+Δy²)^1/2取不同的值，即取不同的(Δx,Δy)，经最小二乘法计算即可求出H和σ的值，地形分形维数D＝3-H。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：

将所述步骤S4中得到的三维点云通过法线投影到某一平面；然后，对投影得到的点云，采用Delaunay空间区域增长方法作平面内点的三角化，从而得到各点的连接关系；最后，根据投影点云的连接关系确定所述步骤S1中的地面点云间的拓扑连接，所得三角格网即为重建的曲面模型。