车载LiDAR点云数据分割与半自动化建模方法

针对车载激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)点云数据的不完整性问题,提出一种车载LiDAR点云数据分割以及基于分割后点云数据的半自动化建模方法。首先对点云数据进行标准格式转换及稀化;然后以不同地物的属性和几何特征为分割条件,分别建立道路、建筑物、树和路灯等附属设施的三维模型,并利用车载以及航空图像的纹理信息辅助建筑物的立面和顶面三维建模;最后以真实街景为实验区,基于拓普康IP-S2车载LiDAR点云数据,完成该街景的分割与建模。实验结果表明,该文提出的点云数据分割与街景地物重建方法比较简单,可实现道路和建筑物的半自动化分割;利用成熟的建模软件和方法,实现了建模的完整性和较强的可靠性。     

基于决策树的机载LiDAR点云数据分类

本文采用基于决策树的人工智能方式,通过对点云数据分割、提取分割片轮廓,手动设置地物的约束条件来提取LiDAR点云中的地物。两组实验表明,本文的方法能够成功提取点云数据中的建筑物、车辆等地物;要提高精度,需增加点云密度,因此本文方法适用于较平坦的城镇地区。     

基于决策树的机载LiDAR点云数据分类

本文采用基于决策树的人工智能方式,通过对点云数据分割、提取分割片轮廓,手动设置地物的约束条件来提取LiDAR点云中的地物。两组实验表明,本文的方法能够成功提取点云数据中的建筑物、车辆等地物;要提高精度,需增加点云密度,因此本文方法适用于较平坦的城镇地区。     

激光点云与航空影像融合分类

为了更好地利用激光点云数据和航空影像数据信息,改善影像分类效果,提出了将激光点云数据与航空影像进行融合分类,实现面向对象的融合分类方法。在航空影像的分水岭分割算法中加入激光点云高程信息计算梯度,然后结合两种数据源的特征,建立分层分类的规则集得到地物的分类结果。试验表明,激光点云的高程信息能够改善影像分割效果,也能将地面地物与非地面地物较好地区分,对建筑和植被的分类起到了有效作用。     

采用聚类分析的车载点云地物分类

针对车载激光雷达点云初始聚类中心难以确定的问题,该文提出了一种基于最大网格密度的近邻聚类算法对点云实现分割,并以高程、法向量和投影密度作为约束条件对分割后的点云块进行地物的分类识别。通过对车载激光雷达的部分点云数据进行相关试验,结果表明该方法可以精确有效地实现城市典型地物分类。     

基于LiDAR点云数据的地物几何特征提取与制图

从机载激光雷达数据自动识别地物对象,可提高数据的解译能力,成为快速、高效地形图测量、数字地籍、三维城市等数据获取的有效途径。本文基于机载Li DAR数据和遥感数据,进行快速数据获取与制图研究,充分利用激光雷达获取数据质量高的优势,通过高密度、不规则点云分析,构建建筑物、树木、地表、电力线等地物的离散几何模型,从而提高点云数据的分类精度及制图自动化。根据描述地物使用线和面以及纹理、颜色的方面的约束条件,通过构建点云的离散几何模型,对高维数据进行降维,达到高精度构建地物信息。应用法线估计法,计算邻域法线的各项异性的相似度,判断相邻网格是否属于一个平面,结合区域增长法构建规则地物的几何模型;采用自组织神经网络法对点云数据进行处理,利用自由曲面描述地物,以长春师范大学校园为例,实现了Li DAR点云数据的地物几何信息提取与制图。     

大数据量机载LiDAR点云的快速区域分割处理

针对大数据量机载LiDAR点云数据整体处理时效率低下、分块处理时容易破坏地物空间结构特征的问题,提出了一种顾及点云覆盖区域地形地貌特征的快速区域分割方法。首先构建离散点云的虚拟格网,利用格网邻域内的高程突变实现区域边界上的各类障碍物自动检测;其次为提高分割处理效率,在点云覆盖区域矩形初始分割的基础上,利用流水模型及坐标轴向的方向约束对矩形分割边界线进行自动更新;最终实现了大数据量点云的快速区域分割处理。实验证明,该算法能够合理避开各类典型地形及地物障碍,实现区域分割边界线的自动化生成,算法的适应性与处理效率较高,能够较好地应用于大数据量点云数据的快速处理与应用。     

基于水平截面法的树木点云精细分割研究

本文提出了水平截面法精细分割树木点云的方法。首先根据点云数据在XOY平面内建立二维格网,求取每个格网内点云数据高度的均值,根据格网内点云数据的高度阈值滤除地面点云和低矮地物点云数据;其次对滤除地面和低矮地物的点云运用八邻域算法提取树木点云,运用水平截面法对树木分层处理,求取每一层树木点云的轮廓线;再次将轮廓线连成多边形,求取多边形的最小外接圆的圆心,运用最小二乘直线拟合算法对各层圆心进行直线拟合,根据拟合直线与地面的交点,可以求取树木的精确位置;最后根据距离最近的原理,对树木进行了精细分割。实验表明:本文研究的方法可以较好的实现树木点云的提取,避免了传统方法设置参数过多的弊端。     

边缘系数建筑物雷达点云数据简化方法

针对基于LiDAR点云数据进行建筑物自动重建中存在的数据冗余问题,该文设计了一种定量描述激光点位于地物边缘区几率大小的指标——边缘系数,并据此提出了基于边缘系数的建筑物LiDAR点云数据简化方法。该方法利用激光点与其邻域点的位置、数量及分布计算该点的边缘系数,通过试验分析确定边缘系数的阈值并对点云数据进行分割,最后保留建筑物边缘区域的点,实现点云数据的简化。实验表明,该方法在对点云数据进行高效压缩的同时有效保留了位于地物边缘处的点云,有助于提高海量点云数据处理能力和建筑物重建效率。     

影像与激光雷达数据的城市地物信息提取

针对城市地物信息提取中地物边界难以确定、分类精度不高的问题,该文提出一套综合利用影像及激光雷达点云高程信息的面向对象分类方法。在分割中,各类地物的最佳分割尺度由监督法分割精度评价确定,最终分割结果利用粒度理论下的分割尺度综合方法进行合成,能兼顾不同地物最优分割尺度,获得准确地物边界;在分类中,采用ReliefF特征选择算法度量从影像及点云数据提取的对象特征重要度,选择最佳特征组合,并采用多分类器组合方法进行分类,以消除Hughes现象,提高分类精度。选择德国斯图加特市两块实验区进行分类实验,结果表明:该方法有利于提高大范围城市地物精细信息提取的精度和效率,具有较高的应用价值。     

激光雷达点云电力线自动提取算法

针对当前电力线提取方法自动化程度和精度不高的问题,本文从点云数据的空间分布特征出发,提出了一种高效的电力线自动提取方法。首先基于自然裂点法,将点云数据按高程分类后去除地面点;然后对数据进行空间划分,基于子空间的点密度及空间结构特征的差异化,利用地物分割算法去除电塔点和残留的植被点;最后利用基于欧氏距离分割的电力线自动检测算法,实现单根电力线的快速、高精度提取。提取结果和拟合试验表明,该方法能在复杂地形下实现电力线的自动提取,极大提高了电力线的提取效率和精度。     

三维激光点云自动化建模思路探索

点云数据自动化应用时,尤其是三维自动化建模过程中,传统的点云自动化处理技术难以实现。点云自动化建模是一个复杂的过程,涉及对象识别、点云处理、参数化建模等多个领域。本文结合三维激光扫描技术,针对不同的项目和应用方向对三维模型成果的不同需求,对现阶段各个行业和方向的三维模型成果及构建方法进行了汇总和分析,进一步提出了3种三维激光点云自动化建模的新思路和可行性分析,并分析了自动化建模思路的优势和应用方向。     

基于分裂合并的多模型拟合方法在点云分割中的应用

本文基于机器视觉探讨数字摄影测量三维构像下的智能数据处理要素之二：海量点云分割处理技术。多模型拟合方法通过将点云拟合到不同模型中,依照点云空间分布特征和几何结构特征进行分割。针对点云数据量巨大、分布不均匀、结构复杂等特性,本文提出一种基于多模型拟合的点云分割方法。首先通过降采样,采用基于密度分布的聚类方法,实现对点云的预分割。在预分割基础上,利用基于分裂合并的多模型拟合方法对点云进行后续拟合分割。针对平面和弧面,本文采用不同的拟合方式,最终实现对室内密集点云分割。试验结果表明,该方法能够在无须提前设置模型数目的情况下实现点云的自动分割。且相较于现有的点云分割技术,此方法相较于现今的常规方法能取得更好的分割效果,在分割的正确率上要高于现有的常规分割方法,在处理相同数据量的点云分割时,能够达到远低于常规方法的时间消耗。通过本文提出的三维点云分割方法能够实现将大规模、复杂三维点云数据分割为较为精细、具有准确模型参数的三维几何图元,为后续实现大规模、复杂场景的精确三维构象提供有力支持。     

Feature Extraction of Laser Scan Data Based on Geometric Properties

Terrestrial Laser Scanner (TLS) is an important device to provide three-dimensional geometric information with respect to known reference coordinates system. The data from TLS are often called point clouds due to their high density. They are unstructured and do not have any explicit information about the object, except 3D positional and intensity information to each point. Data segmentation and feature extraction are fundamental problems in the point cloud processing step. These are important prerequisites for object recognition and environment understanding. This paper describes a methodology to use the geometrical information of the scanned object, such as a normal vector to extract and segment object edges. The edge based segmentation technique will be studied and improved. The proposed method is programmed and used to extract different region boundaries for two real TLS data, and the quality of the results shows the effectiveness of the proposed algorithm.     

基于车载LiDAR点云的地物分类方法的研究

基于点云分类常用的近邻聚类法和物体表面分割等方法,本文提出了一种基于最大网格密度的近邻聚类的方法。该方法首先对原始点云进行低点提取,设置格网的大小,在此基础上对点云数据进行去噪并进行主成分分析,再对点云空间进行均匀格网化,使具有最大密度的格网为聚类中心,加入高程、强度以及法向量等特征对分割后的点云实现了不同地物的分类,提高了运算效率,降低了错分率。     

基于ISODATA聚类的点云分割算法实现

应用了ISODATA聚类算法,在VC＋＋6．0环境下实现了点云分割,利用OpenGI。进行分割效果显示,并与K—means算法的分割效果进行了比较。     

最小割与深度学习联合优化的室内粘连点云分割方法

随着数字城市的发展,城市三维模型重建对三维点云结构化的需求与精度要求越来越高。如何有效准确地分割室内语义模型与三维重构是当前研究的热点问题。点云分割分类是室内点云结构化的重要基础,如何将粘连点云构件进行准确分割并用于室内点云结构化,是当前城市建模的难点。本文提出了一种面向室内粘连点云数据的分割分类方法。首先,利用深度学习网络处理室内点云数据;其次,对点云数据进行标签分类,得到目标标签点云;然后,利用欧氏算法对目标点云进行聚类分割,通过室内语义构件包围盒信息计算各目标中心点坐标与水平半径;最后,利用点云最小割实现室内粘连点云的准确分割。利用3组室内场景中获取的数据对分割方法的精度及有效性进行了验证。结果表明,该分割优化方法具有较高的精度与数据完整性。     

车载MMS激光点云与序列全景影像自动配准方法

提出一种车载移动测量系统（MMS）激光点云与序列全景影像自动配准方法。首先采用层次化城市场景目标提取方法自激光点云提取天际线矢量,在全景影像中经虚拟成像与分割角点提取算法生成天际线矢量。然后,将提取结果作为几何配准基元,构建配准基元图,通过最小化配准基元图编辑距离进行匹配,组成共轭配准基元对,解算2D-3D粗配准模型,获得全景影像与LiDAR点云参考坐标系之间的初始转换关系。最后,为消除几何配准基元提取与匹配误差对配准结果的影响,自序列全景影像虚拟成像影像生成多视立体密集匹配点云,继而使用变种ICP算法优化其与激光点云数据间3D-3D配准参数,间接优化全景影像与激光点云间的配准参数,精化配准结果。试验结果表明,本文提出的自动配准方法可以实现车载MMS激光点云与序列全景影像的1.5像素级自动配准,配准成果可应用于真彩色点云生成等点云/影像数据融合应用。     

基于车载LiDAR点云的车辆目标自动检测

以武汉市三环线内主要道路夜间停车调查项目为背景,利用车载三维激光扫描技术获取了武汉市三环线内夜间某道路沿线的点云数据,提出了一种基于知识规则的车辆目标自动检测方法。该方法首先采用基于欧式距离分割的聚类方法将点云分割为簇,再分析车辆目标的点云特征和空间几何特征等相关特点,然后建立车辆目标检测的知识规则,最后根据知识规则实现车辆目标的自动检测。实测数据的实验表明,该方法的自动检测准确率为88.10%,证明了其有效性。     

一种融合多源特征的建筑物三维模型重建方法

以激光点云数据和倾斜多视影像为研究对象，提出了一种结合机载点云、地面点云及倾斜多视纹理的融合多源特征的建筑物三维模型重建方法。该方法结合点云面元以及影像边界特征，利用倾斜影像的线特征对顶面及立面模型进行边界规则约束，实现了面元自动拓扑重建；通过交互编辑完成不同复杂程度的建筑模型重建，并对模型进行纹理映射。实验结果表明，该方法能够有效提升城市建筑物三维模型重建的效率和边界精度，为利用多源数据的空地联合建筑物三维精细重建提供了一套切实可行的解决方案。