集成多视航空影像与LiDAR数据重建三维建筑物模型.pdf

集成多视航空影像与LiDAR数据重建三维建筑物模型程亮李满春龚健雅刘永学南京大学地理信息科学系武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室[摘要]为了提高三维建筑物模型重建的精确性与细节性,本文集成高分辨率多视航空影像与LiDAR数据,以“轮廓提取-三维轮廓生成-三维模型重建”为主要框架,提出了一种多视轮廓与LiDAR数据集成的三维轮廓线生成方法、LiDAR数据支撑下改进的分割-合并-成型算法,形成了一套新的、系统的三维建筑物模型重建技术方案。该方案可以有效重建结构复杂的三维建筑物模型;相对单纯基于LiDAR的方案,所重建三维模型的准确性与完整性更好、定位精度更高。[关键词]三维建筑物模型重建;建筑物轮廓;多视航空影像;LiDAR;数据集成上建筑物轮廓。(2)三维轮廓线生成:套合航片与LiDAR 数据,确定轮廓的高程值:通过光线一物面交会生成三维轮廓线;基于多视航片,精化三维轮廓线。(3)三维屋脊线生成:基于LiDAR数据利用法向量检测建筑物顶部面片,面片相交获得屋脊线。(4)三维模型重建:借助LiDAR数据,改进、补充分割一合并一成型算法,利用三维轮廓线与屋脊线重建三维建筑物模型。 2预处理与轮廓提取轮廓提取是三维建筑物模型重建的重要基础工作;在轮廓提取、三维重建等作业前,需要进行L DAR 数据的预处理。本节采用本文作者发表于测绘学报 2008年第3期的轮廓提取方法¨“。利用该方法进行 LiDAR数据预处理,检测出LiDAR数据中建筑物点并分割成一栋栋建筑物的点集:再利用该方法集成预处理结果与航空影像,针对多视航空影像分别提取建筑物轮廓。该方法提取的轮廓定位精确、细节完好,对于提高三维建筑物模型重建的精确性与细节性具有重要意义。 3 多视轮廓与LiDAR数据集成的三维轮廓线生成方法基于多视航空影像建筑物轮廓提取的结果,生成三维轮廓线时,多使用以线特征为基础的前方交会方法。其基本原理是以影像上线段与摄影中心形成判断面,同名线段的判断面在物方空间交会,获取三维线段。对于建筑物重建而言,该作业模式具有独特优势:城市地区常会发生点位被遮挡的情形,点特征受遮挡时无法进行同名点量测,但线特征在部分遮挡下仍可以组成同名特征线。但该模式存在的问题是:线特征前交模式下,空间交会几何(判断面夹角)是影响定位精度的主要因素之一。鉴于此,本文借助L DAR 数据,采用光束一物方平面交会模式,形成了一种三维轮廊线的生成方法。该方法将线一线前交模式转换为光束与物面的交会模式,不仅避免了线一线前交模式下精度受交会角影响的问题,而且发挥了LiDAR数据高程精度高的优势,多视同名轮廓进一步提高了三维轮廓线精度。 ,获取每个端点的高程阱九M圈 p酎篡搿㈩,r=艺+(z一乞)l二l 一秘m鼠mr’__■Q簸突破与提升·2012高校GIs论坛论文集与真正射影像套合的效果。 3。3兰维轮廓线的精化由于影像外方位元素、端点高程值、轮廓提取过程等存在着误差,所生成的三维轮廓线也存在误差。根据多视航片提供的多组三维轮廓线,进行精化处理。首先,分组。针对某建筑物,将所有三维轮廓线段投影到二维平面,将角度偏差很小的线段视为平行线段,根据平行线段间的水平距离和垂直距离对线段分组。其次,筛选。以某线段组为处理单元,直接套合该组线段与Li DAR数据,根据基于LiD