从LiDAR数据中提取建筑物平面目标的新方法

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1、ComputerEngineeringandApplications计算机工程与应用2011，47(10)5从LiDAR数据中提取建筑物平面目标的新方法李云帆，马洪超LIYunfan，MAHongchao武汉大学遥感信息工程学院，武汉430079SchoolofRemoteSensingInformationEngineering，WuhanUniversity，Wuhan430079,'ChinaLIYunfan，MAHongchao．NewmethodforbuildIngplanarobjecruextractionfromL

2、IDARdata．ComputerEngineeringandApplications．2011。47(10)：5-7．Abstract：AnewmethodforextractingbuildingplanarobjectsfromLiDARdatabaseonadaptiveMeanShiftalgorithmisproposed．whichconsistsofthl屯eparts：buildingregiondetectionfromfilteredLiDARdatausingatrianglegroupalgofithmco

3、nstrainedbytrianglesidelength；planarobjectextractionfrombuildingfootprintsbasedOnclusteranalysisinfeaturespacebyadaptiveMeanShift；planarobjectcontourgenerationusingAlpha-Shapealgorithm．Experimentisconductedtodem-onstratetheefficiencyoftheproposedmethod．Keywords：LiDARda

4、ta；adaptiveMeanShift；clusteranalysis；building；planarextraction摘要：提出一种从机载LiDAR点云数据中自动提取建筑物平面的方法。给出了基于边长约束的三角形生长算法对建筑物初始区域进行提取，针对提取出的建筑物脚点，利用自适应MeanShift方法在特征空间中对其进行聚类分析，并提取出平面目标，最后利用Alpha-Shape算法生成建筑物平面的轮廓线。通过实验证实了方法的有效性．关键词：LiDAR4&据；自适应Meanshift；聚类分析；建筑物；平面提取DOI：10．377

5、8a．issn．1002-8331．2011．10．002文章编q-：1002-8331(2011)10·0005-03文献标识码：A中图分类{J'：P237l前言在目前的空间数据体系中，城市地区的空间数据是一个重要环节。建筑物作为城市地区最主要的人工地物，如何正确地重建其模型是数字城市和虚拟现实课题中亟需解决的问题。由于大多数建筑物由规则的平面表面组成，因此提取高精度的平面目标及其轮廓线对于城市制图和三维建模具有极大的研究和应用价值。机载激光雷达(AirborneLightDetectionAndRanging，Li助攮)是近十几

6、年快速发展的一种新型测量技术，已广泛用于地表数据探测和模型重建等应用中，并逐渐成为三维城市数据模型获取的一种重要方法“】。但由于LiDAR的工作原理所致，LiDAR原始数据中属于同一个平面目标的三维激光脚点在目标空间中呈随机离散分布，导致边缘信息模糊或缺失，同时由于建筑本身的复杂和多样性，造成了LiDAR数据中建筑物平面目标识别和提取的困难。国内外学者对这—领域做了大量研究，其中较有代表性的一类方法是：通过特征变换将点云投影到特征空间，用非监督聚类的方法对特征向量进行聚类分析，从中提取出平面目标所对应的类别模式。如：Fillin以斜

7、率和粗糙度为特征空间，提出将LiDAR数据划分为4种类型的表面，并利用迭代搜索模式中心的方法对LiDAR点云实现了聚类[2-3]；在此之后，Fillin等又提出一种坡度自适应的邻域系统以精确计算点云的特征向量，然后利用计算机视觉中模式搜索算法对点云进行了特征空间非监督聚类闱；Biosca等针对地面激光扫描数据，采用模糊聚类的方法提取出平面目标口】。上述诸方法均存在一定的缺陷：(1)所使用的聚类算法需要初始化，而对于建筑物平面目标的先验知识往往难以获取；(2)所获得的瞧式聚类中心并刁澈；(3)聚类算法过于复杂。MeanShiR算法是一

8、种鲁棒的特征空间聚类算法，通过迭代寻找样本的概率密度的极大值点将样本点划分为不同的类别，无需对类别数据或者初始聚类中心进行先验初始化。MeanShift本意指概率密度梯度函数估计中的偏移均值向量，其概念最早由Fukunag于1975提