[发明专利]基于航空LiDAR数据的三维建筑物模型自动重建方法

摘要

本发明公开了一种基于航空LiDAR数据的三维建筑物模型自动重建方法。其步骤为：利用反向迭代数学形态学滤波和基于点云密度的方法从航空LiDAR数据中提取建筑物屋顶点云；根据“种子区域选取—屋顶面片生长—面片平整优化”的策略提取并优化屋顶面片；构建二维规则格网对不同屋顶层进行重采样获取屋顶层的内部点和边缘点；优化不同屋顶层的边缘点；连接屋顶层的内部点和边缘点构建屋顶面和墙面，最终实现建筑物屋顶的三维模型重建。实践证明，本发明能够有效地重建建筑物屋顶三维模型，为不同屋顶层之间的连接提供了新的思路，具有较高的三维模型重建精度。

主权项

1.一种基于航空LiDAR数据的三维建筑物模型自动重建方法，步骤如下：第一步、建筑物屋顶点云提取——提取建筑物点云，剔除建筑物墙面上的点云，得到建筑物屋顶点云；第二步、分割屋顶面片——对建筑物屋顶点云进行屋顶面片分割，再对得到的屋顶面片进行平整；第三步、合并屋顶面片——当两个屋顶面片邻近并且所在平面存在交线，则将这两个屋顶面片进行合并形成屋顶层；第四步、屋顶层重采样——对所有屋顶层进行重采样，获得屋顶层的内部点和边缘点；第五步、建筑物模型重建——对属于同一屋顶层的内部点和边缘点构建三角网，形成屋顶面；对属于相邻屋顶层且位于同一竖直平面上的边缘点构建三角网，形成屋顶面建筑物墙面，最终完成建筑物三维模型重建；所述第二步中，面片平整优化包括分割面片点云平整和局部突出点云平整：对于分割面片点云平整，使用最小二乘法拟合出分割面片点云方程，然后根据方程将点平整到拟合面片上，拟合平面方程根据公式(3)进行计算：式中xi，yi，zi表示点的三维坐标，a0，a1，a2表示拟合平面方程的系数；对于局部突出点云的平整，利用距离阈值对局部突出点云进行搜索，计算不在分割面片中的点到分割面片的距离，当距离小于阈值时，记为所需点，将所需点按照上述得到的拟合平面方程平整到分割面片上；所述第四步中，屋顶层重采样方法如下：首先将点云投影至XY平面，并对XY平面构建二维格网，然后进行如下判断：(a)、当四邻域格网单元中的LiDAR点与中心格网单元中的LiDAR点属于同一个屋顶层，此时中心格网单元的中心作为屋顶层的内部点，该内部点的高度为中心格网单元中LiDAR点的平均高度；(b)、当中心格网单元的四邻域格网单元中的某一个邻域格网单元中的LiDAR点属于两个或两个以上屋顶层时，设该邻域格网单元内点数最多的两个屋顶层分别为屋顶层j和屋顶层k，获取该邻域格网单元内屋顶层j的LiDAR点和屋顶层k的LiDAR点的分割线，然后计算该分割线与中心格网单元中线在该邻域格网单元内的交点坐标(x0，y0)，则(x0，y0，zj)为屋顶层j的边缘点，zj为屋顶层j的LiDAR点的平均高度，则(x0，y0，zk)为屋顶层k的边缘点，zk为屋顶层k的LiDAR点的平均高度；(c)、当中心格网单元内的LiDAR点和四邻域格网单元中的某一个邻域格网单元中的LiDAR点分别属于两个不同屋顶层时，设两个不同屋顶层为屋顶层j和屋顶层k，计算中心格网单元和所述邻域格网单元之间的格网边线的中点坐标(x1，y1)，则(x1，y1，zj)为屋顶层j的边缘点，zj为屋顶层j的LiDAR点的平均高度，则(x1，y1，zk)为屋顶层k的边缘点，zk为屋顶层k的LiDAR点的平均高度。