[发明专利]一种基于体元的机载LIDAR建筑物检测方法

摘要

本发明提供一种基于体元的机载LIDAR建筑物检测方法，以3D连通性构建理论为基础，将读取的原始机载LIDAR点云数据中的异常数据进行剔除，得到去除异常数据集，并将去除异常数据集规则化为二值3D体元数据集，二值分别为1和0，1和0分别代表目标体元和背景体元，然后，从目标体元中分离出地面和非地面体元；最后，利用建筑物边缘点的阶跃特性从非地面体元中搜寻建筑物边缘体元作为种子体元，标记与其3D连通的目标体元作为建筑物体元数据集。完成基于体元的机载LIDAR建筑物检测。该方法很好的利用了3D体元数据中各体元间隐含的邻域关系，有助于基于体元理论的机载LIDAR点云数据处理及应用的发展。

主权项

1.一种基于体元的机载LIDAR建筑物检测方法，包括以下步骤：步骤1：读取原始机载LIDAR点云数据；步骤2：将原始机载LIDAR点云数据规则化为二值3D体元数据集；步骤2.1：从原始机载LIDAR点云数据中剔除异常数据，得到去除异常数据集；步骤2.2：将去除异常数据集规则化为二值3D体元数据集；步骤3：从去除异常数据集中分离出非地面数据集，并映射到3D体元格网，得到非地面体元；步骤4：用建筑物边缘点的阶跃特性从非地面体元中搜寻建筑物边缘体元作为种子体元，标记与其3D连通的目标体元作为建筑物体元数据集，完成基于体元的机载LIDAR建筑物检测；其特征在于，所述步骤2.2具体包含如下步骤：步骤2.2.1：用去除异常数据集的轴向包围盒表示三维空间范围；步骤2.2.2：计算体元分辨率即体元大小，x、y方向上的体元分辨率(△x,△y)依据去除异常数据集中数据点的标称点间距确定，z方向的体元分辨率△z依据去除异常数据集中数据点的平均点间距确定；步骤2.2.3：依据x、y、z方向上的体元分辨率对轴向包围盒进行划分得到3D体元格网，每一个3D体元格网单元称为体元；步骤2.2.4：将去除异常数据集映射到3D体元格网，进而根据3D体元格网中是否包含有去除异常数据分别为3D体元格网中各体元赋值1和0，得到二值3D体元数据集，1和0分别代表目标体元和背景体元，完成对去除异常数据集的规则化；所述步骤4具体包含如下步骤：步骤4.1：依据建筑物边缘点的阶跃特性从非地面体元中搜索建筑物边缘体元作为种子体元Vk；步骤4.2：依次从Vk的给定邻域尺度内的目标体元出发，深度优先遍历所有邻接目标体元，直至3D体元格网中和Vk有路径连通的所有目标体元均被标记，并将与Vk3D连通的体元作为建筑物体元数据集；其中，步骤4.1的具体步骤如下：建筑物边缘点的阶跃特性为：在其水平邻域内与局部最低点的高程值有明显的阶跃变化，且其空间最近邻接点仅覆盖了其周围一半的区域；根据以上特性建立从非地面体元中搜寻建筑物边缘体元的判别方案：4.1.1：对于任意一个非地面体元集合中的体元vj，在3D体元格网中的体元集合V中搜寻k个与vj欧氏距离最近的非地面体元Nj，将vj及Nj投影至XOY平面得二维离散点集Vpj和Npj，若Npj中相邻的两点与Vpj的连线的夹角大于给定的阈值，则判定vj可能位于建筑物边缘上；否则，判定vj必然不位于建筑物边缘上；4.1.2：对可能位于建筑物边缘上的体元vj，在3D体元格网中的体元集合V中搜寻c个与其水平邻域最近的目标体元N′j，若vj与N′j中高程最低体元的高差大于给定的阈值，则初步判定vj位于建筑物边缘上，初步判定该体元vj为建筑物边缘体元，并作为种子体元Vk；4.1.3：剔除种子体元中的非建筑物边缘体元；具体方法为：确定的建筑物边缘体元会存在部分错误判定，剔除错误判断的建筑物边缘体元方案如下：首先，统计建筑物边缘体元的一定邻域内目标体元个数，若个数小于等于1个，则剔除该建筑物边缘体元，否则，统计该建筑物边缘体元与其周围目标体元的高程差，若大于某一阈值则剔除。