基于等高线族分析的LiDAR点云建筑物模型自动识别及重建

针对传统LiDAR点云建筑物三维重建方法中基于平面假设的面片提取思想的局限性,基于建筑物等高线特性,研究建筑物等高线分族过程,通过对等高线形状的识别达到对建筑物屋顶模型的识别,使得重建的屋顶类型不再局限于平面屋顶形式,提高了重建的自动化程度。     

关键点检测的复杂建筑物模型自动重建

利用机载LiDAR点云数据进行建筑物重建是当今摄影测量与遥感领域的一个热点问题,特别是复杂形状建筑物模型的精确自动构建一直是一个难题。本文提出一种基于关键点检测的复杂建筑物模型自动重建方法,采用RANSAC法与距离法相结合的分割方法自动提取建筑物屋顶各个平面的点云,并利用Alpha Shape算法提取出各个平面的精确轮廓,根据屋顶平面之间的空间拓扑关系分析建筑物的公共交线特征,在此特征约束下对提取的初始关键点进行修正,最终重建出精确的建筑物3维模型。选取不同类型复杂建筑物与包含复杂建筑物的城市区域点云进行实验,结果表明该算法具有较强实用价值。     

基于三维特征的遥感影像震害房屋损毁评估

针对震害损毁房屋评估的实际需求,研究利用灾前矢量辅助进行震害房屋多种三维损毁特征的提取,进一步基于三维损毁特征进行震害房屋评估分类。灾前矢量的主要作用是分割出独立的单体房屋,同时为震害房屋的损毁提取提供顶面轮廓和面积等先验信息,避免以往点云分割的不确定性,提高损毁评估的准确度。利用提取出的多种损毁特征基于SVM的分类方法对震害房屋进行评估分类,验证了针对震害房屋三维损毁特征损毁评估的适应性和可靠性。     

基于多源数据的拼接型房屋三维重建方法研究

提出了结合房屋矢量数据、航空影像和点云数据的拼接型房屋(由平顶房、人字型和四坡型房屋组成)自动三维重建算法。算法重点研究了基于点云数据和影像特征提取的拼接型房屋屋脊线检测,并利用其对拼接型房屋组成的模型进行拆分;对于人字型和四坡型房屋组成模型,结合矢量数据和屋脊线,利用几何约束条件自动寻找房屋组成模型的屋檐线,从而获得拼接型房屋组成模型的完整分割;最后通过点云数据的屋顶平面解算其组成房屋模型的参数,最终实现整个拼接型房屋的三维重建。实验数据证明,该方法能较好地实现拼接型房屋的几何模型自动重建。     

激光雷达点云平面拟合过滤算法

在分析激光雷达点云空间分布特征的基础上,提出了基于斜率的激光点云平面拟合过滤算法,并利用该算法对机载激光雷达点云的特征提取进行了实验研究.结果表明,此算法能有效地拟合激光点云的连续平滑的水平平面、倾斜平面和垂直平面,在DTM、建筑屋顶和垂直墙壁等特征提取中具有较好的效果.     

一种利用点云邻域信息的建筑物屋顶面高精度自动提取方法

从LiDAR数据中高精度地提取建筑物屋顶面是构建屋顶面拓扑关系、实现建筑物三维模型重建的关键。本文针对现有算法提取复杂建筑物屋顶面适应性较差、精度较低等问题,提出了一种利用点云邻域信息的建筑物屋顶面高精度自动提取方法。通过主成分分析计算点云特征,构建特征直方图,选取可靠种子点;利用提出的局部点云法向量分布密度聚类算法聚类种子点,快速准确地提取初始屋顶面片;构建基于邻域信息的投票模型,有效地解决屋顶面竞争现象。试验结果表明,本文方法可自动、高精度地提取屋顶面,对不同复杂程度的建筑物具有较好的适应性,能为建筑物三维模型重建提供可靠的屋顶面信息。     

利用高分辨率光学遥感图像检测震害损毁建筑物

地震发生后，利用高分辨率遥感图像进行建筑物损毁检测，有利于快速评估灾害损失。在分析损毁建筑物梯度分布的基础上，提出了一种利用梯度局部空间统计检测震害损毁建筑物的方法。首先用Prewitt算子提取图像梯度信息；然后对梯度图像进行局部空间统计，统计各建筑物屋顶内部梯度的空间相关性，得到初步损毁检测结果；最后，在先验知识的指导下进行极小值分析和阴影检测，进一步修正建筑物损毁检测结果。分别以玉树地震后的Quickbird卫星遥感图像和盈江地震后的光学航空图像为例进行实验，结果表明，利用梯度局部空间统计检测震害损毁建筑物的方法效果优于传统损毁检测方法，总体精度达到80%以上，能够有效检测损毁建筑物。     

平面特征保持的城市三维点云高精度分类方法

针对基于单一尺度点簇的分类算法无法满足大范围城市三维点云高精度分类的问题，该文提出了一种平面特征保持的多尺度点簇城市场景三维点云分割分类方法。该方法首先以超体素为基元进行动态区域生长，将具有平面特征的超体素逐步合并，生成平面特征保持的多尺度点簇，然后基于多尺度点簇进行特征计算并使用随机森林分类器进行分类。为验证该方法的有效性，分别采用机载LiDAR点云和影像密集匹配点云进行实验，并与基于不同分类基元的分类方法进行对比。实验结果表明，与原始区域生长方法相比本文提出的分割方法得到的点簇更加准确，分割准确度达到97%,并且分割效率提升了一倍以上，同时分类准确度也优于其他方法，达到94.1%、87.5%。     

图割能量驱动的高分辨率遥感影像震害损毁建筑物检测

为充分利用高分辨率遥感影像提供的细节信息,提高震害损毁建筑物检测精度,提出了一种图割框架下融合形状、边缘、角点等多种类型特征的损毁建筑物检测方法。该方法首先利用震前建筑物线划图提取包含单个建筑物的局部影像,用于图割能量函数建模,并分别根据建筑物的位置、形状、边缘以及角点构造能量函数的各约束项。在此基础上,通过最大流/最小割算法求解能量函数最小值,依据最小割能量进行地震前后局部影像中建筑物的相似性度量。最后利用最大期望算法(expectation maximization,EM)求得最小割能量的分类阈值,并根据错分率估值执行后处理以获得最终变化检测结果。采用2011年3月11日东日本大地震前后石卷港的高分辨率遥感影像进行试验,结果表明本文提出的方法能有效检测出损毁建筑物。     

基于局部约束的建筑物屋顶点云平面分割方法

建筑物屋顶面点云分割结果的好坏对建筑物三维模型重建起着重要的作用。针对传统RANSAC算法建筑物屋顶面点云的分割问题,提出了一种基于局部约束的建筑物点云平面分割方法。利用点云局部曲面法向约束构建法向准则,利用半径约束的点云空间聚类的方法对共面屋顶面点云进行分解,从而抑制"伪屋顶面"的产生;利用局部抽样策略降低算法的迭代次数,减少运算量。实验表明该方法能够获得稳定可靠的建筑物屋顶点云分割结果,将有利于后续的建筑物三维模型重建。     

机载LiDAR点云的多层建筑物三维轮廓模型自动重建

以机载LiDAR点云数据为研究对象,提出一种新的基于点云数据的多层建筑物三维轮廓模型高精度自动重建方法。在已完成建筑物结构提取及轮廓规则化处理的基础上,利用多层屋顶轮廓在水平投影面内的相邻关系,将各层屋顶中同等级屋顶的相邻关系概括为平行边、不平行且不相交、相交3种相邻形式,结合多层屋顶的层级结构信息对相邻轮廓边界进行一致性处理。实验证明本文方法可以进一步消除多层建筑物各屋顶轮廓的规则化处理误差,使相邻轮廓边界在水平投影面内严格重合,同时重建后建筑物三维轮廓模型的正确性与完整性较高,拐点的定位精度优于激光点平均间距。     

基于空-地多源数据融合的建筑物精细建模研究

针对建筑物精细建模的精度问题,对同一试验区建筑物群的机载LiDAR顶面数据、航空正射影像数据和车载LiDAR立面数据进行试验研究,通过精确提取各建筑物群的顶面和底面矢量轮廓线,对矢量轮廓线间的水平间距进行定性与定量分析,研究结果对空-地多源数据融合进行建筑物精细建模提供可靠的技术支持。     

一种基于空间网格的地物要素点云提取方法

LiDAR点云的分类提取是点云数据处理中的首要步骤。为了提高复杂场景中点云数据分类提取方法的适用性,文中根据三维数学形态学思想,提出一种基于地物空间形状特征的点云提取方法。方法首先建立网格索引,划分网格空间,进行点云数据组织,然后根据地物在网格空间中的形状特征设计出四种参数可控的空间网格算子,最后结合点云反射强度信息自动提取特定地物点云。通过对复杂场景中的铁路地物要素LiDAR点云中建筑、电力杆线、铁路轨道的提取和郊区机载LiDAR点云中的地面与建筑屋顶的提取,验证提取算法的适用性,为点云分类提取功能模块的程序设计提供便捷方法。     

基于机载LiDAR数据的建筑物轮廓提取

建筑物轮廓作为建筑物三维重建的重要元素，在建立智慧城市和数字城市中至关重要。本文针对从机载激光雷达点云中提取建筑物轮廓数据处理的点云滤波、建筑物屋顶面提取、建筑物轮廓提取，以及提取精度评定各环节存在的一些问题，提出了一种综合区域生长改进算法、三维Hough变换算法和α-shape算法的建筑物轮廓提取方法。该方法在对机载LiDAR点云数据去噪的基础上，首先利用改进的区域生长算法滤波地面点，并基于地物点到地面的归一化高程特征通过高度阈值去除高度较为低矮的地物点；再基于三维Hough变换算法从剩余建筑物和高大树木点云中提取建筑物平面；最后使用α-shape算法提取建筑物的轮廓信息。对使用RIEGLVQ-1560i机载激光雷达测量系统扫描的某城区点云数据进行计算，通过匹配度、形状相似度和位置精度等评价指标对提取的建筑物轮廓进行精度评定。结果表明，综合区域生长改进算法、三维Hough变换算法和α-shape算法的建筑物轮廓提取方法可以准确提取建筑物的轮廓信息，对于大范围的建筑物轮廓提取具有稳定性和普遍适用性。     

一种基于LiDAR点云的建筑物提取方法

从机载雷达点云数据中快速准确提取建筑物是当前研究的难点和热点。在对现有建筑物点云提取方法充分研究和分析的基础上,本文提出了一种基于LiDAR点云的建筑物提取方法。首先根据建筑物的几何特性提取初始建筑物轮廓点;然后构建局部协方差矩阵计算点云分布特征,剔除非建筑物轮廓点;最后利用DBSCAN聚类算法对建筑物轮廓点聚类,以聚类结果为基础构建缓冲区,以缓冲区内所有建筑物轮廓点为初始种子点,采用圆柱体邻域进行多种子点区域增长,实现建筑物点云的提取。通过两组试验,共5组数据验证本文算法的性能。试验结果表明,该方法能够准确、有效地提取多层复杂的建筑物点云,效率高,且具有一定的适用性。     

一种改进顶帽变换与LBP高程纹理的城区建筑物提取算法

利用LiDAR数据的建筑物提取存在植被点与建筑物点难以区分的问题,利用航空影像进行城区建筑物提取则无法有效剔除阴影区域植被。本文融合LiDAR和航空影像两种数据源,提出了改进顶帽变换及局部二进制模式(LBP)高程纹理分析的建筑物提取算法。首先将LiDAR数据进行规则格网化,通过改进顶帽变换提取地面数据点,然后根据航空影像计算归一化差值植被指数(NDVI)值进行植被粗提取,计算LBP高程纹理,精细区分植被点与建筑物点,最后利用形态学操作填充建筑物孔洞,以检测出的建筑物点为种子点进行区域生长,得到完整的建筑物点集合。试验基于ISPRS提供的Vaihingen数据集中复杂多植被城区场景,试验结果表明,本文算法能够有效区分植被与建筑物,实现建筑物准确提取。     

从机载激光雷达点云提取建筑物屋顶边界的活动轮廓模型改进方法

本文基于边缘与局部信息提出了一种处理多波段图像的活动轮廓模型,并将其应用于LiDAR数据的建筑物边界提取。本文首先将分类得到的屋顶点云数据转换为栅格数据,并作为模型的输入图像,进而采用变分水平集方法解求模型能量函数的最小解,得到建筑物的边界。该模型消除了其他活动轮廓模型对初始曲线和所处理图像类型的限制,适于任意形状的建筑物边界的自动提取;水平集规则项的添加,减小了模型的计算时间。实验结果表明：与IAC模型、GACcolor模型相比,本文模型在建筑物边界提取的应用中可以达到更高的匹配度、形状相似度以及位置精度。     

利用影像辅助LiDAR点云数据的建筑物提取方法研究

机载LiDAR作为一种新兴的对地观测技术,能够快速地获取地表三维信息。如何从海量LiDAR点云数据中提取建筑物是数据处理中的一项关键工作。本文结合LiDAR数据和航空影像的数据特点,提出了一种航空影像辅助的LiDAR点云建筑物提取方法,首先,采用面向对象方法从航空影像中提取建筑物的轮廓;然后,以建筑轮廓信息为参考,从LiDAR点云中提取建筑物的点云数据;最后,通过实验证明该方法的有效性与可行性。