[发明专利]一种城市群高度空间信息及等高线的提取方法

说明书

本发明涉及一种城市群高度空间信息及等高线的提取方法，针对城市建筑物的提取融合了遥感数据和社会感知数据，建立了地块尺度的高/低密度建筑区，结合多视角差值特征图，实现了城市建筑物的提取；针对城市建筑物高度的提取，利用资源三号前视、后视和正视影像两两匹配生成密集点云，采用TIN线性插值法求取数字表面模型，引入点云分类的思想，获取精确的地面点，建立数字高程模型。本发明充分利用资源三号前视、后视和正视影像，创新性的构建了提取城市建筑物信息及建筑物高度信息的系统框架，并以此为基础获得城市等高线、城市起伏度和城市生长高度的模型，揭示了城市横向面积扩张和纵向高度增长的演变格局。

技术领域

本发明涉及数据信息处理领域，特别是涉及一种信息提出方法，尤其涉及一种城市群高度空间信息及等高线的提取方法。

背景技术

随着中国城市人口的不断增加以及城市化进程的不断加快，城市用地在急剧扩张。城市扩张包括城市建筑物横向的水平扩张以及纵向的高度增长，城市建筑物是城市规划、管理及信息化的重要组成部分，建筑物高度是进行城市监测、城市三维重建、城市污染扩散模拟等过程的基础信息。因此，综合考虑城市横向面积扩张和纵向高度增长对于城市空间形态特征的研究和城市景观的模拟至关重要。

随着高分辨率遥感影像数据的广泛应用，实时的、大面积的提取城市建筑物信息和监测城市横向面积扩张的研究也越来越多地受到重视。然而，大面积的提取城市建筑物高度和监测城市高度增长依然面临着一些挑战。现有的提取建筑物高度的技术主要是利用建筑物阴影进行建筑物高度的提取，但是阴影测高在实际应用中面临着诸多不足。首先，受周围地物的干扰，从图像中提取的建筑物阴影区域可能会存在缺失或变形。其次，在建筑物密集的建成区，建筑物的阴影存在很多遮挡和重叠的问题。最后，阴影区域的形状多不规则，边缘参差不齐，也给建筑物阴影长度的准确量算带来困扰。

资源三号测绘卫星(简称ZY-3)是我国第一颗民用高分辨率光学传输型测绘卫星，它搭载了4台光学相机，包括一台地面分辨率2.1m的正视全色TDI CCD相机、两台地面分辨率3.6m的前视和后视全色TDI CCD相机、一台地面分辨率5.8m的正视多光谱相机。它获取的数据可用于地形图制图、高程建模以及资源调查等。资源三号卫星是民用三线阵立体测图卫星，可以满足1:50000测图精度需要，达到甚至超过国际同类分辨率卫星(SPOT5、ALOS)的几何质量。资源三号卫星上的正、前、后视相机能够便捷地获取到相同地区的立体观测像对，提供了大量的三维信息，具有重要的现实意义。资源三号卫星数据的主要特点有：(1)卫星重访周期为5天，具备立体测绘与资源调查两种模式；(2)定位精度高，影像的控制定位精度优于1个像素；立体像对幅宽为52公里，基高比为0.85-0.95，能够满足1：50000比例尺立体测图需求；正视影像空间分辨率为2.1米,可满足1:25000比例尺地形图更新需求。(3)影像信息量丰富，资源三号卫星的数据量化值为10位，有利于影像的目视解译、分类识别和特征匹配精度的改善。

霍少峰,顾行发et al.(2017)以北京市城区为例，采用资源三号高分辨率卫星前视影像，通过对建筑物侧面及阴影的提取，结合太阳的高度角和方位角，利用建筑物、太阳及卫星的空间几何关系，计算出建筑物侧面与阴影在太阳方位角方向上的长度比例关系，依此比例关系估算出其他建筑物的高度信息。赵志明,周小成et al.(2015)利用资源三号遥感影像构建了形态学建筑物指数MBI和阴影指数MSI，结合多尺度优化度优化分割和面向对象分类技术提取了影像建筑物及其阴影轮廓，通过建立建筑物高度与其阴影成像的几何关系模型，结合太阳和卫星的方位角、高度角反演出了建筑物高度信息。

从目前的研究来看，在数据上，资源三号卫星包含丰富的前视、后视、正视信息，是提取建筑物高度信息的优势数据，但应用尚少。在方法上，目前的研究大多构建各种指数，基于几何关系模型、太阳与卫星的角度来反演建筑物的高度信息。但是，对于提取城市建筑物信息及建筑物高度信息的系统框架几乎没有涉及，不利于研究城市横向面积扩张和纵向高度增长的演变格局。

发明内容