[发明专利]基于激光点云的多楼层室内结构化三维建模方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于激光点云的多楼层室内结构化三维建模方法及系统，包括输入多楼层点云后，基于竖直方向上的点云高程直方图，进行楼层与楼层间连接区域分割；对每一楼层分别进行单楼层房间分割，基于矢量墙面线进行单楼层室内空间单元划分，进行基于矢量和栅格叠加的矢量室内平面图构建；根据布尔求交，删除楼层与连通区域之间的重叠面，建立多楼层三维模型。本发明通过“峰值‑低谷‑峰值”策略的直方图分割，将多楼层室内结构重建问题转化为单楼层室内重建与楼层间连通空间重建问题；通过“先分割后局部重建”的手段，可以快速高效的构建多楼层的建筑物室内三维模型，更好的处理室内复杂环境下的点云数据，满足室内结构化建模需求。

技术领域

本发明属于地图制图技术领域，特别涉及一种通过点云进行多楼层室内结构化三维建模方法及。

背景技术

随着经济活动的快速发展，建筑物的数量大幅增加，人类的室内活动显著增长。与此同时，建筑物内部结构也呈现大型化、复杂化趋势。因此，人们对室内环境的了解和认知需求也随之不断提升，室内三维建模引发了广泛的关注。

而通过传统测量方法直接对室内三维场景建模，费时费力。基于激光点云进行三维模型构建具有速度快，精度高等优势，成为室内三维场景重建的研究热点。然而，通过室内三维点云进行三维建模还存在若干问题，如由于室内设施相互遮挡导致的墙面数据大面积缺失，由于室内的窗户、玻璃等强反射面导致的噪声，室内多楼层空间划分方法不稳定，以及室内多楼层模型重建等问题。这些都给多楼层室内三维模型的自动化重建造成极大困难。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种在多楼层室内场景中，以含噪声、遮挡的移动测量点云数据为输入数据，实现结构化三维模型构建的方法。

本发明所采用的技术方案是一种基于激光点云的多楼层室内结构化三维建模方法，包括以下步骤：

步骤1，输入多楼层点云后，首先基于竖直方向上的点云高程直方图，进行楼层与楼层间连接区域分割；

步骤2，对每一楼层，分别基于投影到XOY平面的栅格图进行单楼层房间分割，所述XOY平面与地板保持平行；

步骤3，对每一楼层，分别基于矢量墙面线进行单楼层室内空间单元划分，包括以下子步骤：

步骤3.1，对分离的楼层点云数据，将每一楼层点云数据，根据设置的切片数目，切分为多片点云数据；

步骤3.2，对每一点云切片，利用区域生长算法对点云进行线分割，利用迭代重权重最小二乘法进行线拟合；并将拟合出的矢量线投影到XOY平面，计算每条线段的方向向量；

步骤3.3，对所有投影的矢量线段做线融合处理，将线长小于阈值的滤除，将共线的线段融合为一条线段；

步骤3.4，所有融合后的矢量线延长为直线，通过延长线将同一楼层内空间划分为矢量多边形单元，并根据步骤2.3生成的房间分割图的边界范围，对生成的矢量图以同样的边界范围进行切割，得到切割后的矢量图；

步骤4，对每一楼层，分别进行基于矢量和栅格叠加的矢量室内平面图构建；

步骤5，根据布尔求交，删除楼层与连通区域之间的重叠面，建立多楼层三维模型。

而且，步骤1包括以下子步骤，

步骤1.1，根据输入的高程间隔binsize大小，统计点云数据在Z轴上，每一高程间隔内的点数，形成基于竖直方向上的点云高程直方图；

步骤1.2，根据统计的直方图，获取直方图内的峰值与两近邻峰值之间的低谷区域，若低谷区域高度hh_threshild,则低谷区域为楼层间连通区域，h_threshold代表楼层之间的楼板厚度。

而且，步骤2包括以下子步骤，