[发明专利]基于多时相遥感影像阴影提取城市建筑物高度的方法

说明书

基于多时相遥感影像阴影提取城市建筑物高度信息的方法，本发明旨在形成系统、快捷、准确的方法，利用两幅不同时相的遥感影像（两幅影像具有不同的太阳高度角以及卫星方位角），对目标建筑物阴影进行批量分析与计算，进而实现快速和较准确得提取区域内目标建筑物的高度，有助于提高测量、三维建模等工作的效率；具体实施主要是通过计算建筑物阴影长度，结合影像上标志建筑与其阴影的夹角关系，选择相应数学模型计算区域内目标建筑的高度值；应用两幅遥感影像计算得到的两组建筑高度结果，基于最小二乘法构建拟合方程，获得修正后的目标建筑的高度，从而提高了计算结果的精度。

技术领域

本发明涉及遥感影像处理，数学模型设计及三维构造技术领域，特别是基于多时相遥感影像阴影提取城市建筑物高度信息的方法。

背景技术

随着时代的发展，我国城市化扩张速度愈来愈快，城市扩张包含了城市水平空间扩张和垂直空间扩张两个方面：水平空间扩张表现为建成区面积的急剧增长；垂直空间上主要表现为城市建筑物高度的增长，而这种城市纵向高度的扩张，一方面缓解了水平空间扩张带来的压力，另一方面能够形成紧凑的城市空间形态，便于城市规划、资源配置等决策的展开。建筑物作为城市组成的重要部分，其高度的增长反映着城市垂直空间的扩张情况。将城市水平空间的发展趋势与垂直空间的扩张情况相结合，综合分析，有利于城市相关决策的实施、城市景观形态的模拟以及不同城市模型的构筑。

传统的建筑物高度提取方法主要分为以下三类：

1)直接读取法，通过直接读取遥感影像上建筑物于垂直方向的窗口数来获取楼层信息，估算建筑高度。此方法方便快捷，但存在提取精度难以保证，且易受到影像上目标建筑移位幅度的大小、影像比例尺不同等差异影响的问题。

2)投影法，通过量测航空像片上目标建筑物的投影差，代入公式：

h＝(δL/R)×H

h为所求目标建筑物的高度，δL为建筑的投影差，R为建筑物的实际位置点与影像上像主点之间的距离，H为像片的航高。该法局限性较大，只适合估算实际高度较高，且位置点距离像主点很远的建筑。

3)高差计算法，通过选用一对立体像对，在一张像片上确定目标建筑顶部与底部两点，然后于另一像片上找到与之对应的同名像点，测量顶部与底部两点间的距离作为建筑物的高h，同名像点的视差相减得到的结果ΔL作为视差较，代入公式：

h＝[ΔL/(L+d)]×H

d为立体像对对应的平均基线长度，H为像片的航高。此方法存在处理过程繁琐，计算量大，精度难以控制的问题，效果较差。

目前，实际应用中常用车载雷达以及无人机扫描等方法来快速获取目标建筑物的高度等参数信息，以便进行三维模型的构筑。这些方法具有效率高、速度快、方便快捷的优点，但相对的也存在受时间、空间范围局限影响较大的缺陷。而在遥感影像中，建筑物的阴影区域富含多种信息，相比而言，利用遥感影像阴影来提取建筑高度，完全可以摆脱时间、空间的限制。首先，利用此方法可以对目标区域不同时期的建筑高度做出估算，进而重现过往时期的建筑模型；此外在所需精度要求不高的情况下，也能够快速实现对大范围区域建筑群模型的构建。

利用遥感影像阴影提取建筑高度需要经过系统合理的遥感处理过程，从中提取所需信息，尤其是获取建筑物在阴影方向的投影长度，来推算对应建筑的高度。主要原理是结合阴影长度数据与相应数学模型，对建筑物高度进行分析计算，并利用不同时相影像的计算结果对高度进行精度评价，以更小的误差推算出高度值，从而对城市建筑群的分布情况进行归纳，这对于城市决策效率的提升、城市资源的合理配置以及城市规划方向等都具有重要的现实意义。

由此可见，目前迫切需要寻找一种操作简捷、适用范围广、计算结果相对精确、精度便于控制的新方法来估算建筑物的高度。

发明内容