[发明专利]一种基于遥感影像确定城市三维重心的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域，具体涉及一种基于城市影像确定城市三维重心的方法及该方法的应用。

背景技术

城市作为人类活动最为活跃的空间区域，其形态在城市形成与发展的时空过程中不断发生着变化，同时也反映着这一过程的特征和规律。在城市建设、土地管理等领域，都需要掌握城市的发展趋势状况，以便基于城市的当前发展状况进一步对新建建筑进行规划、设计、选址等工作。在对城市的发展趋势进行研究过程中，获得城市重心及其变化过程是至关重要的。

很多学者都对城市形态的演变和重心转移规律进行了深入研究。在相关研究中，张树清等在矢量景观理论中对于单个地理对象的空间重心给出了理论定义和公式推导，匡文慧等人在此基础上提出空间重心转移距离和重心转移角度两项指标，用以进一步分析重心转移的距离和方向性，并在近几年的城市土地扩张和形态演化等相关研究中得到了广泛应用。同时，重心的研究方法也被拓展应用于人口重心、经济重心、景观空间重心、生态服务重心和土地利用重心等的研究中，它是将重心作为一种加权平均中心，以人口、经济总量、各类土地资源面积等作为权重参考，以经纬度坐标或者直角坐标为基础计算得到的。

当前对城市重心的研究多基于城市平面形态获得城市二维重心。在城市垂向伸展日益显著的背景下，非常有必要对城市的三维重心进行变化分析。因为三维重心更能够反映出城市人口的集聚和经济发展的态势，以及城市区位中心的移动方向。

但是，现有的城市重心研究方法只能够获得城市二维重心的发展和变化，还无法得到城市三维重心。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于城市的遥感影像确定城市三维重心的方法，并且，本发明将该方法应用于商业中心的布局、基础设施建设项目的选址中，以便提高商业中心和基础设施的利用效率。

具体而言，本发明提供了一种基于遥感影像确定城市三维重心的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1，获取目标城市的一个或多个目标区域的影像以及所述目标区域的城市地籍和/或地形数据；

步骤2，对所获取的影像进行预处理；

步骤3，基于所获取的影像以及所述目标区域的城市地籍和/或地形数据提取所述目标区域的各个建筑的轮廓；

步骤4，基于所获取的影像以及所述目标区域的城市地籍和/或地形数据提取所述目标区域的各个建筑的高度；

步骤5，以预定尺度绘制覆盖所述目标区域的正方形格网，所述正方形格网具有若干正方形标准单元；

步骤6，基于所获得的所述目标城市的各个建筑的轮廓和高度数据，采用所绘制的所述目标区域的正方形格网将各建筑划分在所述正方形格网的一个个的标准单元内；

步骤7，计算所述正方形格网的每个标准单元内的建筑总体积，从而计算出每个标准单元内的平均建筑高度；

步骤8，基于所述正方形格网的每个标准单元内的平均建筑高度，生成所述目标区域的建筑高度等值线；

步骤9，基于所生成的所述目标区域的建筑高度等值线获得所述目标区域的三维立体模型；

步骤10，沿水平面方向对所述三维立体模型进行分割，以获得与水平面平行的若干建筑薄层；

步骤11，分别计算每个建筑薄层的重心的平面坐标(x,y)和高度坐标(z)；

步骤12，基于各个建筑薄层重心的三维坐标及各个薄层的体积计算各薄层的组合体的重心的三维坐标。

进一步地，所述步骤4中，提取所述目标区域的各个建筑的高度的步骤包括：

步骤4-1，获取所述目标区域内若干已知建筑物的高度数据；

步骤4-2，基于所述影像，对于所述目标区域中的每个建筑，评估该建筑的多条特征线的提取难度；

步骤4-3，对于每个建筑，基于对多条特征线的提取难度的评估，选取最低难度的特征线；

步骤4-4，从所述影像中提取选定的特征线；

步骤4-5，基于所述目标区域内已知的建筑物高度数据反算所述影像的摄取参数；

步骤4-6，基于所选定特征线的长度、所述摄取参数，计算所述目标区域内，每个未知建筑的高度。

进一步地，所述方法还包括判断所述影像是单景影像还是多景影像的镶嵌，如果所述影像为多景影像的镶嵌，则在所述高度提取的步骤中，分别针对各景影像进行参数计算和高度提取。

进一步地，所述步骤11中，每个建筑薄层的重心的平面坐标等于该建筑薄层的形心的坐标，每个建筑薄层的重心的高度坐标为：