基于机载LiDAR数据的建筑物快速三维建模

发布时间：2017-10-11 07:38

  本文关键词：基于机载LiDAR数据的建筑物快速三维建模

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【摘要】：三维建筑模型是“数字城市”的重要组成部分,也是三维GIS应用的重要方向,已在诸如城市规划、环境模拟、文化遗产保护,以及许多基于位置的服务等领域得到广泛的应用。机载LiDAR(Light Detection And Ranging)技术为建筑三维重建提供了可靠的数据源保障,它可以直接获取高密度、高精度的三维空间信息,非常有利于建筑屋顶的平面特征提取,从而为实现自动化的建筑三维模型重建奠定基础。然而,基于机载LiDAR数据的高精度建筑模型自动生成算法仍然是该领域具有挑战性的任务,还存在着一些亟待解决的问题,如检测的建筑物点云不完整或存在丢失、屋顶过分割现象,以及算法过于复杂、普适性有待提高等。据此,本文基于机载Li DAR数据开展建筑三维模型自动重建方法研究,主要研究内容如下:(1)提出一种层进式的建筑点云提取方法。首先对原始LiDAR数据采用改进的形态学滤波算法得到地面点和非地面点,然后结合点云回波次数、点云法向量等特征,逐步从非地面点中提取出初始建筑物区域,最后结合建筑物高程和面积等几何信息进行精提取,得到建筑物点云。实验表明,基于单一数据源,本方法提取的建筑物点云的精度可达80%以上。(2)优化基于点云空间分布特性的聚类增长分割算法。针对利用层进式方法提取出的建筑物点云,首先利用建筑屋顶平面具有点云法向量相似性的特点进行聚类得到初始分割结果,然后利用点到面的距离和点云密度将未分割点正确分配到对应的屋顶面点集,最后结合面片优化策略完成屋顶的准确分割。(3)提出了一种改进的基于拓扑图的建筑屋顶模型重建方法。首先根据屋顶拓扑关系,对相关屋顶面片求交得到屋脊线。然后根据屋顶面与邻近墙面的相交,得到相关屋顶面的其它关键边界线。最后将各屋顶面的关键线段根据规则连接成封闭多边形,它们的组合即为建筑屋顶三维模型。实验结果表明,点云到大部分屋顶模型表面垂直距离的均值和标准差分别可达0.1m和0.08m,表明该方法能得到较高精度的建筑屋顶三维模型。
【关键词】：机载LiDAR 建筑三维模型 屋顶分割 拓扑图 自动重建
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN957.52
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.3 研究目标与研究内容14-16
• 1.3.1 研究目标14
• 1.3.2 研究内容14-15
• 1.3.3 主要技术路线15-16
• 1.4 论文组织结构16-18
• 第二章 机载激光雷达系统18-25
• 2.1 机载激光雷达系统组成18-19
• 2.2 机载激光雷达系统工作原理19-20
• 2.3 机载激光雷达误差估算20-21
• 2.4 机载LiDAR点云数据21-22
• 2.5 机载LiDAR点云数据预处理22-23
• 2.6 实验数据集描述23-25
• 第三章 建筑物点云自动提取25-39
• 3.1 点云数据滤波28-31
• 3.1.1 形态学滤波原理28-29
• 3.1.2 渐进式形态学滤波算法29-31
• 3.2 基于点云回波次数的植被点检测31-32
• 3.3 基于聚类的建筑物检测32-34
• 3.3.1 粗提取32-34
• 3.3.1.1 邻域点集的确定32
• 3.3.1.2 点云法向量求解32-33
• 3.3.1.3 初始建筑点云的提取33-34
• 3.3.2 精提取34
• 3.4 实验与分析34-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 建筑屋顶分割39-49
• 4.1 基于聚类增长的屋顶分割40-43
• 4.1.1 基于点云法向量平面检测41
• 4.1.2 分配未分割点41-42
• 4.1.3 面片优化42-43
• 4.2 RANSAC屋顶分割43-45
• 4.2.1 RANSAC算法43-44
• 4.2.2 RANSAC分割结果优化44-45
• 4.3 实验与分析45-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 建筑物模型重建49-72
• 5.1 建筑物边界提取49-55
• 5.1.1 边界点提取50-52
• 5.1.2 提取边界线段52-54
• 5.1.3 边界规则化54-55
• 5.2 基于拓扑图的模型构建55-64
• 5.2.1 屋顶拓扑图56-57
• 5.2.2 基于拓扑图提取屋脊线57-60
• 5.2.3 基于拓扑图确定屋脊线交点60-62
• 5.2.4 屋脊线拓展62-63
• 5.2.5 模型生成63-64
• 5.3 实验与分析64-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 全文总结72
• 6.2 研究展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-81
• 攻读硕士学位期间取得的成果81-82

【参考文献】

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 曾齐红;机载激光雷达点云数据处理与建筑物三维重建[D];上海大学;2009年

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本文编号：1011326