【摘 要】
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建筑物模型是数字城市的最主要基元,模型重建工作是城市数字化研究的重要内容,在灾害监测、城市规划及应急管理等方面发挥着重要作用。激光雷达技术具有快速、精准、直接获取建筑物三维信息等优势,为建筑物三维模型重建工作提供了强力的技术支持。车载LiDAR系统在进行作业时,能够获取到较完整的建筑物立面信息,但受限于搭载平台的高度限制不能获取建筑物屋顶信息,而机载LiDAR能获取较完整的建筑物顶部信息,两者具有
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建筑物模型是数字城市的最主要基元,模型重建工作是城市数字化研究的重要内容,在灾害监测、城市规划及应急管理等方面发挥着重要作用。激光雷达技术具有快速、精准、直接获取建筑物三维信息等优势,为建筑物三维模型重建工作提供了强力的技术支持。车载LiDAR系统在进行作业时,能够获取到较完整的建筑物立面信息,但受限于搭载平台的高度限制不能获取建筑物屋顶信息,而机载LiDAR能获取较完整的建筑物顶部信息,两者具有互补优势。基于机载-车载LiDAR点云数据的建筑物联合建模方法研究具有重要意义。本文基于机载-车载LiDAR两种点云数据的联合,建立了一套有效的建筑物三维模型重建方法流程。主要研究内容如下:（1）深入剖析了当前国内外相关研究。在详细分析当前国内外机载LiDAR、车载LiDAR以及机载-车载LiDAR数据融合的建筑物三维模型重建的研究现状,针对当前研究存在的问题,制定了可行的研究方案。（2）优化了LiDAR点云数据预处理工作。在机载LiDAR点云数据航带拼接及车载LiDAR点云数据分块处理的基础上,采用共轭特征点对机载LiDAR与车载LiDAR数据进行粗配准,采用ICP算法完成精确配准;采用CSF算法分离地面点与非地面;利用SOR算法实现机载LiDAR与车载LiDAR点云的去噪处理。（3）基于面片拓扑关系实现屋顶模型重建。先采用改进的动态椭圆邻域进行屋顶轮廓线提取、道格拉斯方法轮廓线简化及分组正交规则化;然后采用RANSAC算法屋进行屋顶面片分割,根据屋顶面片间的关系构建拓扑关系图并利用空间几何关系获取各面片间的关键点;最后将建筑物屋顶轮廓线角点及面片间的关键点按照一定顺序连接成线框模型。（4）机载-车载LiDAR点云数据联合的建筑物三维重建。基于缓冲区思想,采用建筑物屋顶轮廓线将建筑物立面分割成多个立面单元体,基于建筑物屋顶轮廓线对建筑物立面进行对称性分析及立面单元进行相似性分析,并对立面空洞进行探测与修复;通过对建筑物立面特征及立面细节特征提取,实现了建筑物立面模型重建及建筑物立面中的细节单元模型重建;建筑物屋顶模型和建筑物立面模型的融合实现了建筑物三维模型重建。（5）实验验证与分析。以郑州某小区为实验对象,分别进行了基于机载LiDAR数据的建筑物屋顶点云提取、聚类分割、轮廓线提取及规则化、面片分割及屋顶线框模型重建,基于车载LiDAR数据的建筑物立面分割、建筑物对称性分析与修复、立面特征提取及模型重建、立面细节特征提取及细节单元模型重建,基于建筑物屋顶模型和立面模型融合融合的效果验证与分析,实验结果表明本文算法能够有效地实现大场景建筑物三维模型的快速构建。
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