基于迭代最小外包矩形的城区建筑物轮廓规则化方法

【专利摘要】本发明提供了基于迭代最小外包矩形的城区建筑物轮廓规则化方法，基于城区现代建筑物相邻轮廓边界具有正交的特性，利用机载LiDAR技术对建筑物信息经过滤波和分类的提取后获得的建筑物点云数据作为已知数据，基于最小外包矩形对探测的大部分规则建筑物的轮廓规则化计算，具有数据损失小，适应性强、准确性高，运算量小特点，能够快速准确对建筑物点云轮廓提取的数据可以直接应用于城市规划、导航、灾害评估等领域中。

【专利说明】

【技术领域】

[0001] 本发明涉及测绘遥感【技术领域】，特别涉及基于迭代最小外包矩形的城区建筑物轮 廓规则化方法。 基于迭代最小外包矩形的城区建筑物轮廓规则化方法

【背景技术】

[0002] 建筑物作为人类活动和人类文明的重要载体，是当前多个学科研究的焦点，快速、 精确获取建筑物信息在城市规划、导航、灾害评估等领域具有重要作用，对于快速、精确获 取建筑物信息常用机载激光三维扫描(Light Detection And Ranging, LiDAR)技术，该 技术集成了激光测距系统、全球定位系统和惯性导航系统，它能够快速获取地球表面三维 空间信息，具有效率高、高程精度高、成本低等特点，广泛应用于三维数码城市、城市规划、 灾害评估等领域，利用机载LiDAR技术进行建筑物提取和重建是目前测绘遥感领域研究的 热点和难点，机载LiDAR技术进行建筑物信息提取一般要经过滤波和分类的过程，获得建 筑物点云数据，目前关于建筑物点云轮廓提取方法，主要有：基于点云栅格化的方法、基于 Alpha Shape的方法等，前者在对离散点云数据栅格化的基础上，根据高程将离散点转化为 距离影像，利用图像处理的相关理论方法对距离影像进行边界提取，获得建筑物轮廓信息， 该方法需要将离散点转换为规则格网，容易造成数据损失，降低精度；后者方法中，判定某 点是否为边界点依赖于参数α的确定，且计算量大，效率低；而且由于分辨率等因素，直接 从分类后的建筑物点云数据提取轮廓并不准确，不能将这一结果直接应用于城市规划、导 航、灾害评估等领域中。

【发明内容】

[0003] 本发明基于城区现代建筑物相邻轮廓边界具有正交的特性，利用机载LiDAR技术 对建筑物信息经过滤波和分类的提取后获得的建筑物点云数据作为已知数据，提供了高 效，计算量小，精度高的一种基于最小外包矩形探测的建筑物轮廓点规则化方法，快速准确 对建筑物点云轮廓进行提取。

[0004] 为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0005] 基于迭代最小外包矩形的城区建筑物轮廓规则化方法，包括如下步骤：

[0006] 1)、将点云数据投影至Χ0Υ平面，以二倍平均点间距确定格网间距，对点云数据进 行格网划分；

[0007] 2)、逐格网单元检测其八邻域，若邻域中存在空格网单元，则当前格网单元为边界 格网单元；

[0008] 3)、在边界格网单元内部，逐点搜索k邻近，并确定边界轮廓点，取待定点P(l，其k 邻近在Χ0Υ平面进行投影，计算P(1点至其k邻近点的方位，并将该方位按大小进行排序，计 算相邻两方位间的方位差，若差值大于阈值th d，则该待定点P(l为轮廓点，否则为内部点；

[0009] 4)、对于某一轮廓点，取其最近点确定直线方向，以该方向作为矩形的一个方向， 与该方向垂直的另外一方向作为矩形的另外方向，并以该点作为原点，建立坐标系，并将该 建筑物轮廓点投影至该局部坐标系的两坐标轴，以其在两坐标轴的数据区间长度作为矩形 的长和宽；

[0010] 5)、根据点密度设定距离阈值thd，确定到矩形距离在该阈值范围内的建筑物轮廓 点数目，记录该点数；

[0011] 6)、对于建筑物内各轮廓点，循环以上过程步骤4)和步骤5)，以对应轮廓点数最 多的矩形模型作为该建筑物的第一层外接矩形模型；

[0012] 7)、将剩余边界点聚类后投影至第一层级矩形，并计算投影后在矩形两个方向上 的长度，计算平均点间距二倍为阈值th e，若投影后在矩形两个方向上的长度大于也6，则 根据对应区域确定第二层级的最小外包矩形，若投影后在矩形两个方向上的长度小于阈值 the，则不对该聚类结点确定最小外包矩形；

[0013] 8)、将上述过程迭代执行至无剩余轮廓点或轮廓点投影后距离小于阈值。

[0014] 上述技术方案的中，所述步骤4)至步骤8)对于探测到的各层级最小外包矩形，上 下两层级矩形外包矩形执行逻辑减运算公式为

【权利要求】

1. 基于迭代最小外包矩形的城区建筑物轮廓规则化方法，其特征在于：包括如下步 骤： 1) 、将点云数据投影至XOY平面，以二倍平均点间距确定格网间距，对点云数据进行格 网划分； 2) 、逐格网单元检测其八邻域，若邻域中存在空格网单元，则当前格网单元为边界格网 单元； 3) 、在边界格网单元内部，逐点搜索k邻近，并确定边界轮廓点，取待定点P(l，其k邻近 在XOY平面进行投影，计算 P(l点至其k邻近的方位，并将该方位按大小进行排序，计算相邻 两方位间的方位差，若差值大于阈值thd，则该待定点 P(l为轮廓点，否则为内部点； 4) 、对于某一轮廓点，取其最近点确定直线方向，以该方向作为矩形的一个方向，与该 方向垂直的另外一方向作为矩形的另外方向，并以该点作为原点，建立坐标系，并将该建筑 物轮廓点投影至该局部坐标系的两坐标轴，以其在两坐标轴的数据区间长度作为矩形的长 和览； 5) 、根据点密度设定距离阈值thd，确定到矩形距离在该阈值范围内的建筑物轮廓点数 目，记录该点数； 6) 、对于建筑物内各轮廓点，循环步骤4)和步骤5)，以对应轮廓点数最多的矩形模型 作为该建筑物的第一层外接矩形模型； 7) 、将剩余边界点聚类后投影至第一层级矩形，并计算投影后在矩形两个方向上的长 度，计算平均点间距二倍为阈值the，若投影后在矩形两个方向上的长度大于th e，则根据对 应区域确定第二层级的最小外包矩形，若投影后在矩形两个方向上的长度小于阈值the，则 不对该聚类结点确定最小外包矩形； 8) 、将上述过程迭代执行至无剩余轮廓点或轮廓点投影后距离小于阈值。

2. 根据权利要求1所述的基于迭代最小外包矩形的城区建筑物轮廓规则化方法，其特 征在于：所述步骤4)至步骤8)对于探测到的各层级最小外包矩形，上下两层级矩形外包矩 形执行逻辑减运算公式戈

?该式中，k表示当前层级，η表示最大层级， outline为规则化后的建筑物轮廓，MBRk为：第k层级矩形区域。

【文档编号】G06T7/60GK104156988SQ201410380707

【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2014年8月5日

【发明者】袁荣才, 王军仓, 郭舒, 蒋健, 刘江, 杨凡 申请人:陕西汇图测绘地理信息有限公司