利用层间连接和平滑策略重建屋顶三维模型
发布时间：2021-07-25 00:40
面向数字城市和智慧城市建设急需城市建筑三维模型支撑的需要,本文基于机载Li DAR数据,以"顾及平整性的屋顶面片分割—屋顶层间连接—三维模型重建"为脉络,提出了一种采用层间连接和平滑策略的建筑屋顶三维模型重建方法。在屋顶面片提取过程中,充分顾及了屋顶面片的平整性;并在屋顶面片平整基础上,提出层间连接点的概念,以实现高效、快速的模型重建工作。试验部分,本文从屋顶面片重建完整率与正确率、重建几何精度及建筑物高程对于重建的影响3个方面作了较为详尽的评价与分析,并在国际摄影测量与遥感学会标准数据集支撑下,与国际同行进行试验对比。试验结果表明,建筑屋顶重建的完整率和正确率分别达到90%和95%;在偏移距离评价方面,平均偏移距离和标准差最优分别达0.05 m和0.18 m。因此,本文方法可有效完成建筑屋顶三维模型重建,重建模型准确度高、完整性好。
【文章来源】：测绘通报. 2020,(06)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图3 层间连接点
(2)层间连接点的(x,y)坐标落在中心格网单元的边界上(如图4(b)所示)，则中心格网单元边界的中点为层间连接点的(x,y)坐标。同样，层间连接点各顶点的z值分别为边界两边格网单元中各屋顶层Li DAR点的平均高程。(3)5个格网单元中所有Li DAR点不属于同一屋顶层如图4(c)—(e)所示。说明存在墙面处于格网单元中，首先需要使用支持向量机线性分类器获得不同屋顶层间的分割线。以图4(c)为例，考虑所有Li DAR点为训练样本点为样本点的平面坐标，yi∈{-1,1}。分割线方程式为wTx+b=0，其中w、b分别为分割线的法向量和系数。寻找最优分割线需满足wTxi+b=-1或wTxi+b=1，设最靠近分割线的两个样本点为x1和x2，则两点之间的距离最优分割线即为dis最大化，也即最小化，再利用Lagrange函数求解最小化所对应的w和b，具体方法可参见文献[18]。得到分割线之后，需要考虑以下3种情况:(1)当存在不同屋顶层的格网单元在中心格网单元的左侧或右侧时，以中心格网单元的水平中线和分割线的交点为层间连接点的(x,y)坐标，如图4(c)所示灰色方块;(2)当存在不同屋顶层的格网单元在中心格网单元的上部或下部时，以中心格网单元的竖直中线和分割线的交点为层间连接点的(x,y)坐标;(3)如果一个相邻格网单元中存在2个以上的不同屋顶层如图4(e)所示，则用Li DAR点数最多的2个不同屋顶层来确定层间连接点的(x,y)坐标。(1)—(3)中层间连接点各顶点的z值均为该格网单元中对应各屋顶层Li DAR点的平均高程。
试验区为南京大学鼓楼校区如图5(a)所示和南京建邺某居民小区如图5(b)所示。其中，南京大学鼓楼校区所选试验区覆盖范围约900 m×500 m，大约4.2×106个点，该试验区地形起伏大，植被覆盖密集，古旧低矮建筑与现代高层建筑并存;建邺某居民小区覆盖范围约900 m×600 m，大约4.5×106个点，该试验区地形平坦，植被零星覆盖，建筑物聚集并以现代建筑为主。机载Li DAR点云数据平均点间距约为0.5 m。同时，以试验区0.3 m分辨率的航空正射影像、人工建立的三维建筑模型等作为参考数据，评价三维模型的重建质量。5.2 试验结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于无人机影像的建筑物三维模型重建方法[J]. 朱剑伟. 测绘通报. 2018(S1)
[2]结合点云数据与BIM技术的古建筑三维重建与信息化管理[J]. 王令文. 测绘通报. 2018(06)
[3]倾斜摄影测量与SketchUp二次开发技术相结合的建筑三维重建[J]. 詹总谦,李一挥,桂鑫源. 测绘通报. 2017(05)
[4]影像辅助下LiDAR数据建筑物轮廓信息提取[J]. 王春林,孙金彦,周绍光,钱海明,黄祚继. 国土资源遥感. 2017(01)
[5]机载LiDAR点云数据的建筑物重建研究[J]. 曾齐红,毛建华,李先华,刘学锋. 武汉大学学报(信息科学版). 2011(03)
[6]支持向量机理论与算法研究综述[J]. 丁世飞,齐丙娟,谭红艳. 电子科技大学学报. 2011(01)
[7]一种稳健的点云数据平面拟合方法[J]. 官云兰,程效军,施贵刚. 同济大学学报(自然科学版). 2008(07)
本文编号：3301754
【文章来源】：测绘通报. 2020,(06)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图3 层间连接点
(2)层间连接点的(x,y)坐标落在中心格网单元的边界上(如图4(b)所示)，则中心格网单元边界的中点为层间连接点的(x,y)坐标。同样，层间连接点各顶点的z值分别为边界两边格网单元中各屋顶层Li DAR点的平均高程。(3)5个格网单元中所有Li DAR点不属于同一屋顶层如图4(c)—(e)所示。说明存在墙面处于格网单元中，首先需要使用支持向量机线性分类器获得不同屋顶层间的分割线。以图4(c)为例，考虑所有Li DAR点为训练样本点为样本点的平面坐标，yi∈{-1,1}。分割线方程式为wTx+b=0，其中w、b分别为分割线的法向量和系数。寻找最优分割线需满足wTxi+b=-1或wTxi+b=1，设最靠近分割线的两个样本点为x1和x2，则两点之间的距离最优分割线即为dis最大化，也即最小化，再利用Lagrange函数求解最小化所对应的w和b，具体方法可参见文献[18]。得到分割线之后，需要考虑以下3种情况:(1)当存在不同屋顶层的格网单元在中心格网单元的左侧或右侧时，以中心格网单元的水平中线和分割线的交点为层间连接点的(x,y)坐标，如图4(c)所示灰色方块;(2)当存在不同屋顶层的格网单元在中心格网单元的上部或下部时，以中心格网单元的竖直中线和分割线的交点为层间连接点的(x,y)坐标;(3)如果一个相邻格网单元中存在2个以上的不同屋顶层如图4(e)所示，则用Li DAR点数最多的2个不同屋顶层来确定层间连接点的(x,y)坐标。(1)—(3)中层间连接点各顶点的z值均为该格网单元中对应各屋顶层Li DAR点的平均高程。
试验区为南京大学鼓楼校区如图5(a)所示和南京建邺某居民小区如图5(b)所示。其中，南京大学鼓楼校区所选试验区覆盖范围约900 m×500 m，大约4.2×106个点，该试验区地形起伏大，植被覆盖密集，古旧低矮建筑与现代高层建筑并存;建邺某居民小区覆盖范围约900 m×600 m，大约4.5×106个点，该试验区地形平坦，植被零星覆盖，建筑物聚集并以现代建筑为主。机载Li DAR点云数据平均点间距约为0.5 m。同时，以试验区0.3 m分辨率的航空正射影像、人工建立的三维建筑模型等作为参考数据，评价三维模型的重建质量。5.2 试验结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种基于无人机影像的建筑物三维模型重建方法[J]. 朱剑伟. 测绘通报. 2018(S1)
[2]结合点云数据与BIM技术的古建筑三维重建与信息化管理[J]. 王令文. 测绘通报. 2018(06)
[3]倾斜摄影测量与SketchUp二次开发技术相结合的建筑三维重建[J]. 詹总谦,李一挥,桂鑫源. 测绘通报. 2017(05)
[4]影像辅助下LiDAR数据建筑物轮廓信息提取[J]. 王春林,孙金彦,周绍光,钱海明,黄祚继. 国土资源遥感. 2017(01)
[5]机载LiDAR点云数据的建筑物重建研究[J]. 曾齐红,毛建华,李先华,刘学锋. 武汉大学学报(信息科学版). 2011(03)
[6]支持向量机理论与算法研究综述[J]. 丁世飞,齐丙娟,谭红艳. 电子科技大学学报. 2011(01)
[7]一种稳健的点云数据平面拟合方法[J]. 官云兰,程效军,施贵刚. 同济大学学报(自然科学版). 2008(07)
本文编号：3301754
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