基于迭代最小外包矩形的城區(qū)建筑物輪廓規(guī)則化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了基于迭代最小外包矩形的城區(qū)建筑物輪廓規(guī)則化方法，基于城區(qū)現(xiàn)代建筑物相鄰輪廓邊界具有正交的特性，利用機載LiDAR技術(shù)對建筑物信息經(jīng)過濾波和分類的提取后獲得的建筑物點云數(shù)據(jù)作為已知數(shù)據(jù)，基于最小外包矩形對探測的大部分規(guī)則建筑物的輪廓規(guī)則化計算，具有數(shù)據(jù)損失小，適應(yīng)性強、準(zhǔn)確性高，運算量小特點，能夠快速準(zhǔn)確對建筑物點云輪廓提取的數(shù)據(jù)可以直接應(yīng)用于城市規(guī)劃、導(dǎo)航、災(zāi)害評估等領(lǐng)域中。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測繪遙感【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于迭代最小外包矩形的城區(qū)建筑物輪 廓規(guī)則化方法。 基于迭代最小外包矩形的城區(qū)建筑物輪廓規(guī)則化方法

【背景技術(shù)】
[0002] 建筑物作為人類活動和人類文明的重要載體，是當(dāng)前多個學(xué)科研究的焦點，快速、 精確獲取建筑物信息在城市規(guī)劃、導(dǎo)航、災(zāi)害評估等領(lǐng)域具有重要作用，對于快速、精確獲 取建筑物信息常用機載激光三維掃描（Light Detection And Ranging, LiDAR)技術(shù)，該 技術(shù)集成了激光測距系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，它能夠快速獲取地球表面三維 空間信息，具有效率高、高程精度高、成本低等特點，廣泛應(yīng)用于三維數(shù)碼城市、城市規(guī)劃、 災(zāi)害評估等領(lǐng)域，利用機載LiDAR技術(shù)進行建筑物提取和重建是目前測繪遙感領(lǐng)域研究的 熱點和難點，機載LiDAR技術(shù)進行建筑物信息提取一般要經(jīng)過濾波和分類的過程，獲得建 筑物點云數(shù)據(jù)，目前關(guān)于建筑物點云輪廓提取方法，主要有：基于點云柵格化的方法、基于 Alpha Shape的方法等，前者在對離散點云數(shù)據(jù)柵格化的基礎(chǔ)上，根據(jù)高程將離散點轉(zhuǎn)化為 距離影像，利用圖像處理的相關(guān)理論方法對距離影像進行邊界提取，獲得建筑物輪廓信息， 該方法需要將離散點轉(zhuǎn)換為規(guī)則格網(wǎng)，容易造成數(shù)據(jù)損失，降低精度；后者方法中，判定某 點是否為邊界點依賴于參數(shù)α的確定，且計算量大，效率低；而且由于分辨率等因素，直接 從分類后的建筑物點云數(shù)據(jù)提取輪廓并不準(zhǔn)確，不能將這一結(jié)果直接應(yīng)用于城市規(guī)劃、導(dǎo) 航、災(zāi)害評估等領(lǐng)域中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明基于城區(qū)現(xiàn)代建筑物相鄰輪廓邊界具有正交的特性，利用機載LiDAR技術(shù) 對建筑物信息經(jīng)過濾波和分類的提取后獲得的建筑物點云數(shù)據(jù)作為已知數(shù)據(jù)，提供了高 效，計算量小，精度高的一種基于最小外包矩形探測的建筑物輪廓點規(guī)則化方法，快速準(zhǔn)確 對建筑物點云輪廓進行提取。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0005] 基于迭代最小外包矩形的城區(qū)建筑物輪廓規(guī)則化方法，包括如下步驟：
[0006] 1)、將點云數(shù)據(jù)投影至Χ0Υ平面，以二倍平均點間距確定格網(wǎng)間距，對點云數(shù)據(jù)進 行格網(wǎng)劃分；
[0007] 2)、逐格網(wǎng)單元檢測其八鄰域，若鄰域中存在空格網(wǎng)單元，則當(dāng)前格網(wǎng)單元為邊界 格網(wǎng)單元；
[0008] 3)、在邊界格網(wǎng)單元內(nèi)部，逐點搜索k鄰近，并確定邊界輪廓點，取待定點P(l，其k 鄰近在Χ0Υ平面進行投影，計算P(1點至其k鄰近點的方位，并將該方位按大小進行排序，計 算相鄰兩方位間的方位差，若差值大于閾值th d，則該待定點P(l為輪廓點，否則為內(nèi)部點；
[0009] 4)、對于某一輪廓點，取其最近點確定直線方向，以該方向作為矩形的一個方向， 與該方向垂直的另外一方向作為矩形的另外方向，并以該點作為原點，建立坐標(biāo)系，并將該 建筑物輪廓點投影至該局部坐標(biāo)系的兩坐標(biāo)軸，以其在兩坐標(biāo)軸的數(shù)據(jù)區(qū)間長度作為矩形 的長和寬；
[0010] 5)、根據(jù)點密度設(shè)定距離閾值thd，確定到矩形距離在該閾值范圍內(nèi)的建筑物輪廓 點數(shù)目，記錄該點數(shù)；
[0011] 6)、對于建筑物內(nèi)各輪廓點，循環(huán)以上過程步驟4)和步驟5)，以對應(yīng)輪廓點數(shù)最 多的矩形模型作為該建筑物的第一層外接矩形模型；
[0012] 7)、將剩余邊界點聚類后投影至第一層級矩形，并計算投影后在矩形兩個方向上 的長度，計算平均點間距二倍為閾值th e，若投影后在矩形兩個方向上的長度大于也6，則 根據(jù)對應(yīng)區(qū)域確定第二層級的最小外包矩形，若投影后在矩形兩個方向上的長度小于閾值 the，則不對該聚類結(jié)點確定最小外包矩形；
[0013] 8)、將上述過程迭代執(zhí)行至無剩余輪廓點或輪廓點投影后距離小于閾值。
[0014] 上述技術(shù)方案的中，所述步驟4)至步驟8)對于探測到的各層級最小外包矩形，上 下兩層級矩形外包矩形執(zhí)行邏輯減運算公式為

【權(quán)利要求】
1. 基于迭代最小外包矩形的城區(qū)建筑物輪廓規(guī)則化方法，其特征在于：包括如下步 驟： 1) 、將點云數(shù)據(jù)投影至XOY平面，以二倍平均點間距確定格網(wǎng)間距，對點云數(shù)據(jù)進行格 網(wǎng)劃分； 2) 、逐格網(wǎng)單元檢測其八鄰域，若鄰域中存在空格網(wǎng)單元，則當(dāng)前格網(wǎng)單元為邊界格網(wǎng) 單元； 3) 、在邊界格網(wǎng)單元內(nèi)部，逐點搜索k鄰近，并確定邊界輪廓點，取待定點P(l，其k鄰近 在XOY平面進行投影，計算 P(l點至其k鄰近的方位，并將該方位按大小進行排序，計算相鄰 兩方位間的方位差，若差值大于閾值thd，則該待定點 P(l為輪廓點，否則為內(nèi)部點； 4) 、對于某一輪廓點，取其最近點確定直線方向，以該方向作為矩形的一個方向，與該 方向垂直的另外一方向作為矩形的另外方向，并以該點作為原點，建立坐標(biāo)系，并將該建筑 物輪廓點投影至該局部坐標(biāo)系的兩坐標(biāo)軸，以其在兩坐標(biāo)軸的數(shù)據(jù)區(qū)間長度作為矩形的長 和覽； 5) 、根據(jù)點密度設(shè)定距離閾值thd，確定到矩形距離在該閾值范圍內(nèi)的建筑物輪廓點數(shù) 目，記錄該點數(shù)； 6) 、對于建筑物內(nèi)各輪廓點，循環(huán)步驟4)和步驟5)，以對應(yīng)輪廓點數(shù)最多的矩形模型 作為該建筑物的第一層外接矩形模型； 7) 、將剩余邊界點聚類后投影至第一層級矩形，并計算投影后在矩形兩個方向上的長 度，計算平均點間距二倍為閾值the，若投影后在矩形兩個方向上的長度大于th e，則根據(jù)對 應(yīng)區(qū)域確定第二層級的最小外包矩形，若投影后在矩形兩個方向上的長度小于閾值the，則 不對該聚類結(jié)點確定最小外包矩形； 8) 、將上述過程迭代執(zhí)行至無剩余輪廓點或輪廓點投影后距離小于閾值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于迭代最小外包矩形的城區(qū)建筑物輪廓規(guī)則化方法，其特 征在于：所述步驟4)至步驟8)對于探測到的各層級最小外包矩形，上下兩層級矩形外包矩 形執(zhí)行邏輯減運算公式戈
?該式中，k表示當(dāng)前層級，η表示最大層級， outline為規(guī)則化后的建筑物輪廓，MBRk為：第k層級矩形區(qū)域。
【文檔編號】G06T7/60GK104156988SQ201410380707
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月5日
【發(fā)明者】袁榮才, 王軍倉, 郭舒, 蔣健, 劉江, 楊凡 申請人:陜西匯圖測繪地理信息有限公司