基于机载LiDAR和倾斜摄影的城市建筑物三维建模

发布时间：2017-06-26 02:10

  本文关键词：基于机载LiDAR和倾斜摄影的城市建筑物三维建模，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：城市是人类文明的结晶,城镇化是经济社会现代化的重要内容。城市信息化已经成为我国城市发展的新契机,并被冠以“数字城市”和“智慧城市”的美誉。“数字城市”逐渐的成为城市未来管理和规划的新手段,各大城市关于“数字城市”的构建也越来越迫切。三维城市模型建设,作为数字城市地理空间框架数据的核心内容之一,正从探索阶段向着深度和广度阶段发展。建筑物作为城市中最主要的元素,对其进行高效率、高精度的三维重现是建设“数字城市”的关键,对城市建筑物建模技术的研究有着尤为重要的意义。机载LiDAR技术,以飞机为载体,激光为媒介,快速大面积的获取地面地物高精度三维点位坐标;倾斜摄影测量技术,通过飞行平台,搭载多个传感器,获取地面地物多角度影像。本文结合两种新兴的测量技术,阐述了基于机载LiDAR和倾斜摄影的建模方式,提出了基于方向搜索的算法对建筑物轮廓线快速提取,并辅以高度信息,达到快速高效的构建建筑物三维模型的目的。本文的主要的研究内容如下:(1)对现有的建模技术进行了介绍和分析,总结了现有建模方式的不足和缺点。在此基础之上,重点阐述了一种基于机载LiDAR和倾斜摄影的新兴的建模方式,目的为解决目前建模方式存在的问题,提高建模的质量和效率。(2)对点云滤波、分类的算法进行了研究,介绍了目前几种比较常用的滤波、分类的算法,并重点叙述了迭代三角网加密的滤波算法和区域回波比率与拓扑识别模型相结合的分类算法。(3)提出了一种基于方向搜索的建筑物轮廓线快速提取算法,快速提取了建筑物轮廓线,提高建模工作效率。该算法将规则建筑物激光脚点投影到二维平面所得四个坐标极值点(即分别为X最大和最小,Y最大和最小),作为分割、搜索的基准点,将建筑物边界划分为四个搜索片段,并以这四个点为搜索基准点。以边界点相对基准点的方位角在起始搜索方向对应的象限内最大为判定基准,搜索出第一个边界点,并以搜索到的边界点为新基准点继续搜索。以该新基准点搜索搜寻下一个点时,通过计算新基准点与上一基准点和搜索点的夹角,取逆时针最大夹角所对应的点为下一边界点或拐点。反复进行上述过程,搜索到极值点为止,完成各片段搜索,提取出建筑物轮廓线。实验表明,该算法能达到快速提取建筑物轮廓线的目的。(4)利用城市的机载LiDAR点云数据和倾斜影像,对城市建筑物进行建模。机载LiDAR点云数据,经滤波、分类,分离出建筑物激光脚点,通过本文算法从中提取出轮廓线,并辅以高度信息,初步建立建筑物白模型。在3DMax中完成精编辑之后,通过倾斜影像处理平台,将倾斜纹理映射到建筑物白模型上,之后,在3DMax中将建筑物模型整合。实验表明,该种建模方式达到了提高建模效率、质量的目的。
【关键词】：机载LiDAR 倾斜摄影 三维建模 建模效率
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P23
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10
• 1.2 选题的意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-12
• 1.4 论文的研究内容和结构安排12-15
• 1.4.1 研究内容12-13
• 1.4.2 结构安排13-15
• 第2章 机载LiDAR技术与点云数据处理15-28
• 2.1 机载LiDAR的组成及工作原理15-17
• 2.1.1 机载LiDAR的组成15-16
• 2.1.2 机载LiDAR的工作原理16-17
• 2.2 点云数据的去噪17-18
• 2.3 点云数据的滤波18-22
• 2.3.1 移动窗口滤波算法18-19
• 2.3.2 移动曲面拟合算法19
• 2.3.3 迭代三角网加密算法19-22
• 2.4 点云数据的分类22-28
• 2.4.1 基于高程纹理的分类22-23
• 2.4.2 融合激光回波信号强度和激光脚点高程的分类23-25
• 2.4.3 区域回波比率与拓扑识别模型相结合的分类方法25-28
• 第3章 倾斜摄影测量与影像数据处理28-39
• 3.1 系统的工作原理与组成28-31
• 3.1.1 系统的工作原理28-29
• 3.1.2 系统的组成29-31
• 3.2 空间定位原理31-32
• 3.3 倾斜影像的定位32-36
• 3.3.1 利用POS数据对倾斜影像定位32-33
• 3.3.2 利用空三加密对倾斜影像定位33-36
• 3.4 纹理映射技术36-39
• 3.4.1 纹理的定义36
• 3.4.2 纹理的映射36-39
• 第4章 基于方向搜索的建筑物轮廓线快速提取算法39-49
• 4.1 建筑物模型分类39-42
• 4.1.1 三角网模型39-40
• 4.1.2 单体线框模型40-42
• 4.2 基于方向搜索的建筑物轮廓线快速提取算法42-44
• 4.3 算法流程44-46
• 4.4 实验结果与分析46-49
• 4.4.1 数据介绍46
• 4.4.2 轮廓线提取实验46-48
• 4.4.3 实验分析48-49
• 第5章 城市建筑物三维建模49-65
• 5.1 技术简介49-50
• 5.2 建筑物白模型的建立50-56
• 5.3 纹理映射56-62
• 5.3.1 倾斜纹理映射步骤57-59
• 5.3.2 纹理映射的实现59-62
• 5.4 实验结果与分析62-65
• 5.4.1 城市建筑物建模实验62-63
• 5.4.2 实验分析及评价63-65
• 结论与展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 攻读学位期间取得学术成果71

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本文编号：484399