机载LIDAR数据的建筑物三维重建技术

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1、第11卷第1期2011年1月科学技术与工程Vol.11No.1Jan.20111671—1815(2011)1-0189-04ScienceTechnologyandEngineering2011Sci.Tech.Engng.机载LIDAR数据的建筑物三维重建技术1121熊俊华方源敏付亚梁隋玉成12(昆明理工大学，昆明650093;广东省有色金属地质局测绘队，广州510080)摘要随着城市化进程的加快，城市规划、环境监测和汽车导航等领域对建筑物有了更多的需求。3DGIS、虚拟现实技术的发展使传统的测

2、量方法逐渐暴露出工作效率和精度方面的不足。LIDAR技术的出现为城市建筑物的快速提取提供了一种新的途径。首先从LIDAR点云数据中自动提取建筑物边缘，然后采用一种新的三维重建方法对提取出来的建筑物进行重建。关键词机载LIDAR点云数据自动提取构造实体几何模型三维重建中图法分类号TP751.1;文献标志码A在激光雷达扫描获取地面信息技术出现以后，际建筑。二是模型驱动，通过将提取出的建筑参数［2］经过几十年的发展，现已发展成为集激光扫描仪、与模型库中的模型进行比较匹配，来判断该建筑数码相机、全球定位系统(

3、GPS)和惯性导航系统是哪种类型建筑，用固定的模型来表达。本文采用(INS)等多种技术于一身的主动传感系统。形成了的是模型驱动与数据驱动相结合的方式，即立体几利用飞机作为平台，通过激光扫描被测地面，快速何学模型(CSGModel)提取建筑物信息，实验表明采集地面三维数据信息的模式。传统的建筑物重该方法具有很好的抗噪性和稳健性。仅依靠原始建主要利用摄影测量的方法，从立体像对中提取建LIDAR数据自动提取建筑物轮廓信息以及三维重筑物的信息从而建立建筑物模型。机载LIDAR系建，具体流程如图1所示。统与其他

4、遥感技术相比较具有自动化程度高、受天［1］气影响小、数据生产周期短、精度高等技术特点。随着激光雷达技术的发展，它能够快速精确地获取目标的三维信息尤其是精确的高程信息，激光雷达技术已经成为建筑物三维重建的重要并广泛使用的技术。提取城市建筑物信息在实际生产中是非常有用的，并且越来越重要。如在地震灾害评估中，震前和震后建筑物几何属性的差异表明了灾后城市受灾情况。使用LIDAR检测震前震后的建筑图1本文方案流程物几何属性，可以精确地评估建筑物受灾情况。目前基于LIDAR数据的建筑物提取主要有两1LIDAR数据

5、处理种方法:一是数据驱动方法，认为建筑是一个多面体模型，用建筑表面的各个相连接的平面来描述实近年来，昆明市对信息化建设越来越重视，大力开展“数字昆明”的建设。昆明市测绘研究院和2010年10月18日收到广西桂能公司紧密合作，采用LiteMapper－5600机第一作者简介:熊俊华(1988—)，江西抚州人，硕士研究生，研究方载LIDAR系统对昆明市城区进行全三维高精度扫向:地理信息系统及其应用。［3］描。实验数据来源于该项目中某城区的点云数190科学技术与工程11卷据。图2是该城区的点云数据，从图中可

6、以清楚区数据中，在边缘附近高程较高的点才是实际的建筑分建筑物，树木和地面。物边缘，在影像中就是边缘梯度方向上梯度最大值点。Canny算子的方向性使得它的边缘检测和定位效果优于其它算子，具有更好的边缘强度估计，能产生梯度方向和强度两个信息，故本文利用Canny［6］算子对DSM深度影像进行边缘检测。2．3建筑物边缘规则化提取出来的建筑物是栅格形式，不利于分析和处理，需要将其转化为矢量化形式。近似位于同一直线上的边缘点，可用直线逼近。为了对建筑物的边缘进行规则化处理就必须先将大致位于同一线段上的所有边缘点

7、分成一组。之后采用基于分裂图2LIDAR点云数据的最小均方根误差线段逼近法进行逼近。经过直线逼近后，就可以准确计算出每条边的方位角，而为了数据的检索变得方便、快捷。离散LIDAR相邻方位角变化就显示了两条边的一致性程度。点云数据需要按划分的规则格网进行有序地存储。如果方位角变化小，则说明两条边近似在一条直线然后将其规则格网重采样，得到数字表面模型上，然后再根据这两条边拟合出最佳的一条边，经(DSM)。经过内插得到规则化DSM灰度影像，灰度过处理就可以用少量有限的几条边来表示出建筑值越大，高程越高。由于

8、邻近距离内插法能保持建物的边缘。筑物和周围地面不同，得到高精度的建筑物信息，［4］因此本文使用的邻近距离内插法。为后续的基3建筑物三维重建于数字图像处理技术的DSM深度影像处理，将生成的DSM按照高程进行灰度量化，得到同灰度图像一建筑物三维模型可分解为建筑主体和建筑屋顶样的DSM深度影像。两个部分，本文主要讨论屋顶重建，具体步骤如图3。2DSM影像处理2．1DSM深度影像分割采用基于灰度直方图的波峰法来对DSM深度影像进行阈值分割。将地面部分看作是图像的