專利名稱：一種快速獲取三維建筑信息的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及獲取三維建筑信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及ー種快速獲取LiDAR(LightDetection And Ranging,激光雷達(dá))點(diǎn)云數(shù)據(jù)與DLG(Digital Line Graphic,數(shù)字線劃圖)數(shù)據(jù)集成三維建筑信息的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)化、城市化的加速發(fā)展，城市信息的滯后性成為當(dāng)今發(fā)展迫切需要解決的一個(gè)問題，如何快速、有效、低廉的獲取城市建筑物信息建立數(shù)字城市是當(dāng)今城市管理者們普遍關(guān)心的一個(gè)問題。此外，在進(jìn)行城鎮(zhèn)村土地集約節(jié)約利用評價(jià)時(shí)，建筑物信息獲取也是ー個(gè)非常重要的方面，快速獲取城市建筑物信息對于城鎮(zhèn)村土地集約節(jié)約評價(jià)也是至關(guān)重要的一項(xiàng)技術(shù)支撐。目前，獲取建筑物空間信息建立建筑物數(shù)字三維的方法主要有三種類型(I)人エ提取的方法；(2)航空攝影的方法；(3)激光掃描的方法。人工提取的方法就是根據(jù)人的判讀從圖像或是實(shí)地讀取出每個(gè)建筑物的信息，由于完全依據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)和方法進(jìn)行提取，因而速度慢，耗費(fèi)大量的人力和物力。航空攝影的方法主要是采用立體像對，通過特征匹配和共線條件方程來重建建筑物3D模型，其中匹配算法直接決定了結(jié)果的正確性和完整性，此外也有采用單張影像，利用建筑物陰影計(jì)算建筑物高，建立建筑物三維數(shù)字模型，但通常只能應(yīng)用于有規(guī)則幾何的建筑物，而且可靠性和精度都不能得到有效保證。采用激光掃描建立建筑物三維模型的方法是最新發(fā)展起來ー種技木，主要方式是采用機(jī)載或地面三維激光掃描儀，構(gòu)建激光點(diǎn)云，從而建立建筑物三維模型，此種方法精度高，但需要處理大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，工作量大、過程復(fù)雜、處理時(shí)間長，然而在應(yīng)用中我們對建筑物三維模型的獲取也不需要如此高的精度。此外，目前還有采用航空影像數(shù)據(jù)與激光掃描數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式獲取建筑物三維模型的方式，主要采用高分辨率的航空影像獲取建筑物平面輪廓信息，采用激光掃描數(shù)據(jù)獲取高度信息，這種由航空影像獲取建筑物外圍輪廓的方式需要采用相應(yīng)算法提取建筑物輪廓，且只對輪廓規(guī)則的建筑物最為適用，而且還有很多建筑物輪廓無法有效的提取。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)ー種新型的快速獲取三維建筑信息的方法，解決上述問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下—種快速獲取三維建筑信息的方法，包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，獲取原始數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)處理，導(dǎo)入所述格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)并獲取臨界高程值，對導(dǎo)入的所述格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)及臨界高程值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；、
結(jié)果生成，根據(jù)所述數(shù)據(jù)處理后所得的數(shù)據(jù)建立建筑物數(shù)字三維模型。所述原始數(shù)據(jù)，包括激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)，所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)為建筑物高度信息，所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)為建筑物輪廓地圖信息。所述的數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)為大比例尺數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)。所述的臨界高程值，是通過對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高程屬性進(jìn)行等距高程頻率直方圖統(tǒng)計(jì)分析獲得。所述的數(shù)據(jù)處理過程包括(I)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，導(dǎo)入所述數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后的原始數(shù)據(jù)；
(2)獲取所述臨界高程值；(3)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，對導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換；(4)點(diǎn)圖層數(shù)據(jù)分類；(5)建立DEM (Digital Elevation Model，數(shù)字地面模型)并獲取地形連續(xù)變化范圍；(6)檢驗(yàn)并提取建筑物上的點(diǎn)；(7)計(jì)算建筑物高度值。所述的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，是將激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)ー的坐標(biāo)系統(tǒng)框架下。所述點(diǎn)圖層數(shù)據(jù)分類，是以所述臨界高程值作為標(biāo)準(zhǔn)將點(diǎn)圖層根據(jù)其高程屬性值分為大于所述臨界高程值的點(diǎn)圖層和小于所述臨界高程值的點(diǎn)圖層，分別生成建筑物上的點(diǎn)圖層和地面點(diǎn)圖層。所述的建立數(shù)字地面模型并獲取地形連續(xù)變化范圍，是將所述地面點(diǎn)圖層采用克里金插值進(jìn)行空間插值，生成數(shù)字地面模型，得到地形的連續(xù)變化取值范圍。所述檢驗(yàn)并提取建筑物上的點(diǎn)中所述的檢驗(yàn)，是采用所述地形的連續(xù)變化取值范圍對所述建筑物上的點(diǎn)圖層再次進(jìn)行篩選，去掉所述臨界高程值在地形變化范圍內(nèi)的點(diǎn)。所述提取建筑物上的點(diǎn)，是將所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)與經(jīng)過所述數(shù)字地面模型篩選過的建筑物上的點(diǎn)圖層進(jìn)行疊加分析。所述計(jì)算建筑物高度值，是根據(jù)所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)中建筑物輪廓內(nèi)的點(diǎn)數(shù)據(jù)的高程值，采取求和取平均值計(jì)算平均高度作為屬性值賦給建筑物。以所述數(shù)字地面模型作為基礎(chǔ)高程，采用所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)中建筑物的高度屬性建立并顯示所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)內(nèi)所有建筑物的三維模型。ー種快速獲取三維建筑信息的系統(tǒng)，包括坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分類功能、插值模塊、疊加分析模塊、計(jì)算模塊以及三維顯示模塊；所述的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模塊，將激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)ー的坐標(biāo)系統(tǒng)框架下；所述數(shù)據(jù)分類模塊，是以所述臨界高程值作為標(biāo)準(zhǔn)將點(diǎn)圖層根據(jù)其高程屬性值分為大于所述臨界高程值的點(diǎn)圖層和小于所述臨界高程值的點(diǎn)圖層，分別生成建筑物上的點(diǎn)圖層和地面點(diǎn)圖層；所述插值模塊，將所述地面點(diǎn)圖層采用克里金插值進(jìn)行空間插值，生成所述數(shù)字地面模型，得到地形的連續(xù)變化取值范圍；
所述疊加模塊，將所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)與經(jīng)過所述數(shù)字地面模型篩選過的建筑物上的點(diǎn)圖層進(jìn)行疊加分析；所述計(jì)算模塊，是根據(jù)所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)中建筑物輪廓內(nèi)的點(diǎn)數(shù)據(jù)的高程值，采取求和取平均值計(jì)算平均高度作為屬性值賦給建筑物；所述顯示模塊，以所述數(shù)字地面模型作為基礎(chǔ)高程，采用所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)中建筑物的高度屬性建立并顯示所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)內(nèi)所有建筑物的三維模型。本發(fā)明的有益效果可以總結(jié)如下I.本發(fā)明通過大比例尺DLG數(shù)據(jù)中獲取的建筑物的輪廓信息，位置信息，采用機(jī)載激光掃描儀獲取建筑物的高度信息，其輪廓、位置信息精確，是ー種快速、有效、低廉的建立數(shù)字城市的方法。
2.本發(fā)明將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入內(nèi)業(yè)處理軟件中，采用由SPSS分析后得到數(shù)值，將數(shù)據(jù)處理流程的各部分功能模塊相集成，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理流程的自動化與快速化。


圖I為本發(fā)明的整體技術(shù)流程圖。圖2為本發(fā)明原始數(shù)據(jù)預(yù)處理流程圖。圖3為本發(fā)明采用SPSS進(jìn)行高程數(shù)據(jù)分析流程。圖4為本發(fā)明未經(jīng)調(diào)整原始高程等間距直方圖。圖5為本發(fā)明經(jīng)調(diào)整后的高程等間距直方圖。圖6為本發(fā)明快速獲取三維建筑信息系統(tǒng)示意圖。圖7為本發(fā)明內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一歩詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例儀儀用以解釋本發(fā)明，并不用干限定本發(fā)明。如圖I所示的本發(fā)明的整體技術(shù)流程圖，主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)處理與結(jié)果生成三部分內(nèi)容組成，其具體的實(shí)現(xiàn)方式包括如下步驟步驟S101,原始數(shù)據(jù)預(yù)處理。所述原始數(shù)據(jù)包括LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)O. Ias格式)和從地圖數(shù)據(jù)庫中獲取的研究區(qū)域大比例尺DLG數(shù)據(jù)。對原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理，包括采用Global Mapper軟件將las格式的LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過設(shè)置相應(yīng)的投影坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成shapefile格式的數(shù)據(jù)。對于由地圖數(shù)據(jù)庫中獲取的大比例尺DLG數(shù)據(jù)，由于格式不同，可通過相應(yīng)的方法將大比例尺DLG數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為shapefile格式,在轉(zhuǎn)換時(shí)也可通過GlobalMapper采用相同的方法進(jìn)行。步驟S102，獲取臨界高程值。借助SPSS數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析工具，對LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高程屬性進(jìn)行等距高程頻率直方圖統(tǒng)計(jì)分析。由于原始數(shù)據(jù)LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高程是ー個(gè)連續(xù)的區(qū)間，在建立高程頻率直方圖時(shí)應(yīng)選取適當(dāng)?shù)母叱探y(tǒng)計(jì)間隔，對相近的高程值進(jìn)行合井，以適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)出數(shù)據(jù)高程的特點(diǎn)。此外雖然城市內(nèi)建筑物較多，但裸露地面的高程頻率仍表現(xiàn)為ー個(gè)最大波峰，記錄與此波峰相鄰的兩波谷的高程值，凡在此高程區(qū)間內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)即可暫被當(dāng)做地面點(diǎn)，認(rèn)為在此高程區(qū)間之外的點(diǎn)為地物點(diǎn)，因此從分析結(jié)果中可以明顯分辨出高程值變化的差異性，選擇差異點(diǎn)作為建筑物與地面的臨界高程值。步驟S103，數(shù)據(jù)導(dǎo)入。將步驟SlOl格式轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理模塊。步驟S104，坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。其數(shù)據(jù)特征為=LiDAR數(shù)據(jù)一般采用的是WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，DLG數(shù)據(jù)一般采用四安80或地方坐標(biāo)系統(tǒng)?？蓪Ⅻc(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成DLG數(shù)據(jù)下的坐標(biāo)系統(tǒng)，也可將DLG數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成點(diǎn)云數(shù)據(jù)下的坐標(biāo)系統(tǒng)。步驟S105，點(diǎn)圖層數(shù)據(jù)分類。對點(diǎn)圖層進(jìn)行分類，是以步驟S102中獲取的臨界高程值作為標(biāo)準(zhǔn)將點(diǎn)圖層，分為大于臨界高程值的點(diǎn)圖層和小于臨界高程值的點(diǎn)圖層，分別作為建筑物上的點(diǎn)圖層和地面上的點(diǎn)圖層在步驟S106中使用。步驟S106，建立DEM并獲取地形連續(xù)變化范圍。其目的是在步驟S107中對步驟S105生成的建筑物上的點(diǎn)圖層做檢驗(yàn)，具體步驟是將步驟S105中生成的地面點(diǎn)圖層采用克里金法進(jìn)行空間插值，生成DEM，由于地形是ー個(gè)連續(xù)變化的曲面，可以得到ー個(gè)地形變 化的取值范圍。步驟S107，檢驗(yàn)并提取建筑物上的點(diǎn)。由于在步驟S105生成的建筑物上的點(diǎn)圖層不能保證完全處于建筑物上，還有可能是由于地形起伏造成的高程較大的點(diǎn)被選入建筑物中，采用步驟S106中得到的地形變化范圍再次對建筑物上的點(diǎn)圖層進(jìn)行篩選，可以去掉建筑物內(nèi)高程值在地形變化范圍內(nèi)的點(diǎn)，保證得到的所有點(diǎn)數(shù)據(jù)均滿足要求。所述提取建筑物上的點(diǎn)，是由于有些建筑物上的點(diǎn)有可能是樹木等非建筑物的點(diǎn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)本身以及在進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換中誤差的存在與積累，不能保證所獲得的建筑物上的點(diǎn)都在區(qū)域內(nèi)的建筑物輪廓內(nèi)，因此，因此需將DLG數(shù)據(jù)與經(jīng)過檢驗(yàn)過的建筑物上的點(diǎn)圖層進(jìn)行疊加分析。步驟S108，計(jì)算建筑物高度值。具體方法是在內(nèi)業(yè)處理軟件中，根據(jù)DLG數(shù)據(jù)中建筑物輪廓內(nèi)的點(diǎn)數(shù)據(jù)的高程值求和取平均值計(jì)算平均高度作為屬性值賦給建筑物。此過程會自動在DLG數(shù)據(jù)圖層中生成一個(gè)記錄建筑物高度值的屬性，將計(jì)算得到的高度值賦給相應(yīng)建筑物的高度屬性中。步驟S109，建立并顯示建筑物數(shù)字三維模型。具體方法是在內(nèi)業(yè)處理軟件中自動將步驟S106中生成的DEM作為基礎(chǔ)高程，采用步驟S108中DLG數(shù)據(jù)內(nèi)建筑物的高度屬性作為建筑物高，建立并顯示DLG數(shù)據(jù)內(nèi)所有建筑物的三維模型，也可將影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入內(nèi)業(yè)處理軟件中使顯示效果更佳。如圖2為原始數(shù)據(jù)預(yù)處理流程圖，在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備中，主要是對機(jī)載激光掃描數(shù)據(jù)(LiDAR數(shù)據(jù))和從地圖數(shù)據(jù)庫中獲取的大比例尺DLG數(shù)據(jù)做格式的轉(zhuǎn)換。步驟S201，將原始LiDAR數(shù)據(jù)和DLG數(shù)據(jù)導(dǎo)入Global Mapper軟件。步驟S202，Global Mapper軟件將原始LiDAR數(shù)據(jù)和DLG數(shù)據(jù)設(shè)置對應(yīng)的投影系統(tǒng)。步驟S203，Global Mapper軟件將輸出設(shè)置為Shapefile格式。原始LiDAR數(shù)據(jù)為Ias格式，米用Global Mapper將las格式轉(zhuǎn)換為shapefile格式。Global Mapper支持幾乎所有的地圖格式，可以編輯、轉(zhuǎn)換各類地形文件，與地理信息系統(tǒng)軟件的兼容性也非常優(yōu)秀。在Global Mapper軟件中，打開las格式的LiDAR數(shù)據(jù)，設(shè)置對應(yīng)的投影方式，然后將輸出格式設(shè)置為shapefile進(jìn)行輸出。對于非shapefile格式的DLG數(shù)據(jù)，也可使用Global Mapper轉(zhuǎn)換為Shapefile格式的面圖層。如圖3為SPSS下高程數(shù)據(jù)分析流程。步驟S301，在SPSS軟件中打開LiDAR數(shù)據(jù)的屬性表數(shù)據(jù)，步驟S302，使用Analyze中的統(tǒng)計(jì)分析模塊的功能進(jìn)行高程頻率直方圖統(tǒng)計(jì)分析。步驟S303，在打開統(tǒng)計(jì)分析功能模塊后，選擇高程屬性作為分析対象，生成高程頻
率直方圖。步驟S304，對生成的高程頻率直方圖進(jìn)行調(diào)整分析，根據(jù)當(dāng)前直方圖調(diào)整統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的最大值和最小值。
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步驟S305，根據(jù)直方圖調(diào)整統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的最大值和最小值設(shè)置高程統(tǒng)計(jì)間隔，生成差異性最為明顯的高程頻率直方圖用以區(qū)分地面點(diǎn)和建筑物上的點(diǎn)。步驟S306，選出差異點(diǎn)作為臨界高程值。如圖4為未經(jīng)調(diào)整點(diǎn)云數(shù)據(jù)高程在SPSS下生成的高程獺率直方圖。未經(jīng)調(diào)整的原始高程等間距直方圖高程值集中于0-60之間，其中出現(xiàn)的ー個(gè)較大波峰為裸露地表。如圖5為經(jīng)調(diào)整后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)高程在SPSS下生成的高程頻率直方圖，提取區(qū)間為0-60之間的高程變化范圍，縮小高程統(tǒng)計(jì)間隔后調(diào)整為圖5所示直方圖。從分析結(jié)果中可以明顯分辨出高程值變化的差異性，選擇差異點(diǎn)作為建筑物與地面的臨界高程值。如圖6所示為快速獲取三維建筑信息的系統(tǒng)示意圖，包括坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分類功能、插值模塊、疊加分析模塊、計(jì)算模塊以及三維顯示模塊相集成。坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模塊，其數(shù)據(jù)特征為=LiDAR數(shù)據(jù)一般采用的是WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，DLG數(shù)據(jù)一般采用四安80或地方坐標(biāo)系統(tǒng)?？蓪Ⅻc(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成DLG下的坐標(biāo)系統(tǒng)，也可將DLG數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成點(diǎn)云數(shù)據(jù)下的坐標(biāo)系統(tǒng)。由于本發(fā)明對平面精度要求不高，Google EarthPro軟件的平面精度即可滿足要求，采用普遍使用的7參數(shù)模型，將DLG數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)。具體方法是采用Google Earth Pro在研究區(qū)域采集若干控制點(diǎn)計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)，在內(nèi)業(yè)處理軟件中通過設(shè)置相應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)分類模塊，對點(diǎn)圖層進(jìn)行分類，是根據(jù)臨界高程值，在內(nèi)業(yè)處理軟件中，以臨界高程值作為標(biāo)準(zhǔn)將點(diǎn)圖層分為大于臨界高程值的點(diǎn)圖層和小于臨界高程值的點(diǎn)圖層，分別作為建筑物上的點(diǎn)圖層和地面上的點(diǎn)圖層。插值模塊，將生成的地面點(diǎn)圖層采用克里金法進(jìn)行空間插值，生成DEM，由于地形是ー個(gè)連續(xù)變化的曲面，可以得到ー個(gè)地形變化的取值范圍。疊加分析模塊，由于生成的建筑物上的點(diǎn)圖層不能保證完全處于建筑物上，還有可能是由于地形起伏造成的高程較大的點(diǎn)被選入建筑物中，采用插值模塊得到的地形變化范圍再次對建筑物上的點(diǎn)圖層進(jìn)行篩選，去掉建筑物內(nèi)高程值在地形變化范圍內(nèi)的點(diǎn)，保證得到的所有點(diǎn)數(shù)據(jù)均滿足要求。所述提取建筑物上的點(diǎn)，是由于有些建筑物上的點(diǎn)有可能是樹木等非建筑物的點(diǎn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)本身以及在進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換中誤差的存在與積累，不能保證所獲得的建筑物上的點(diǎn)都在區(qū)域內(nèi)的建筑物輪廓內(nèi)，因此需將DLG數(shù)據(jù)與經(jīng)過檢驗(yàn)過的建筑物上的點(diǎn)圖層進(jìn)行疊加分析。計(jì)算模塊，計(jì)算建筑物高度值，具體方法是在內(nèi)業(yè)處理軟件中，根據(jù)DLG數(shù)據(jù)中建筑物輪廓內(nèi)的點(diǎn)數(shù)據(jù)的高程值求和取平均值計(jì)算平均高度作為屬性值賦給建筑物。此過程會自動在DLG數(shù)據(jù)圖層中生成一個(gè)記錄建筑物高度值的屬性，將計(jì)算得到的高度值賦給相應(yīng)建筑物的高度屬性中。三維顯示模塊，建立并顯示建筑物數(shù)字三維模型，具體方法是在內(nèi)業(yè)處理軟件中自動將插值模塊生成的DEM作為基礎(chǔ)高程，采用步驟計(jì)算模塊DLG數(shù)據(jù)內(nèi)建筑物的高度屬性作為建筑物高，建立并顯示DLG數(shù)據(jù)內(nèi)所有建筑物的三維模型，也可將影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入內(nèi)業(yè)處理軟件中使顯示效果更佳。針對本專利數(shù)據(jù)特點(diǎn)，本發(fā)明采用一體化的思想構(gòu)建了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，針對性強(qiáng)、處理速度快、效率高。如圖7所示，為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件流程圖，具體步驟如下步驟S701，將shapefile格式的點(diǎn)圖層和DLG數(shù)據(jù)的面圖層導(dǎo)入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟 件中。步驟S702,在Google Earth Pro中獲取研究區(qū)域若干控制點(diǎn),計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。步驟S703，在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件中采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊，輸入計(jì)算得到的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行DLG圖層坐標(biāo)系向WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。步驟S704，采用數(shù)據(jù)分類的功能，在點(diǎn)圖層的屬性表中對高程屬性以SPSS獲取的臨界高程值為標(biāo)準(zhǔn)，將小于臨界高程值的作為地面上的點(diǎn)圖層，將大于臨界高程值的作為建筑物上的點(diǎn)圖層分別加以操作。步驟S705，采用插值模塊將地面上的點(diǎn)圖層進(jìn)行空間插值，具體步驟如圖7所示，首先選擇相應(yīng)的插值模型設(shè)置相應(yīng)的插值參數(shù)，即可形成DEM并獲取地形連續(xù)變化的范圍值。步驟S706，再次采用數(shù)據(jù)分類的功能以地形連續(xù)變化的范圍值為標(biāo)準(zhǔn)對建筑物上的點(diǎn)圖層進(jìn)行檢查，篩選出高程數(shù)值在DEM范圍內(nèi)的點(diǎn)然后刪除，此過程后保留下的點(diǎn)可以認(rèn)為完全是建筑物上的點(diǎn)。步驟S707，采用疊加分析模塊將DLG圖層與建筑物上的點(diǎn)圖層進(jìn)行疊加分析，獲取DLG數(shù)據(jù)上建筑物輪廓內(nèi)的所有點(diǎn)數(shù)據(jù)。步驟S708采用數(shù)值計(jì)算功能計(jì)算每一個(gè)建筑物計(jì)算輪廓內(nèi)點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均高度值，將此高度值作為屬性自動添加到DLG數(shù)據(jù)圖層屬性中。步驟S709，在三維顯示模塊中以DEM作為基本高程，以平均高度作為建筑物高度自動生成DLG數(shù)據(jù)內(nèi)所有建筑物的三維模型。針對目前建筑物三維模型獲取的復(fù)雜性、滯后性與高成本性，本發(fā)明采用DLG數(shù)據(jù)作為獲取建筑物輪廓信息的底圖，采用機(jī)載激光掃描數(shù)據(jù)獲取建筑物高度，可以滿足獲取建筑物三維模型的快速性、高效性和低價(jià)性。本發(fā)明可以快速獲取城市建筑物三維信息，為城市規(guī)劃，土地評價(jià)、動態(tài)監(jiān)測以及數(shù)字城市的建設(shè)提供及時(shí)有效的信息服務(wù)。以上通過具體的和優(yōu)選的實(shí)施例詳細(xì)的描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，本發(fā)明并不局限于以上所述實(shí)施例，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種快速獲取三維建筑信息的方法，其特征在于包括 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，獲取原始數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換； 數(shù)據(jù)處理，導(dǎo)入所述格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)并獲取臨界高程值，對導(dǎo)入的所述格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)及臨界高程值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理； 結(jié)果生成，根據(jù)所述數(shù)據(jù)處理后所得的數(shù)據(jù)建立建筑物數(shù)字三維模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速獲取三維建筑信息的方法，其特征在于所述原始數(shù)據(jù)，包括激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)，所述激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)為建筑物高度信息，所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)為建筑物輪廓地圖信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速獲取三維建筑信息的方法，其特征在于所述的數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)為大比例尺數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速獲取三維建筑信息的方法，其特征在于所述的臨界高程值，是通過對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的高程屬性進(jìn)行等距高程頻率直方圖統(tǒng)計(jì)分析獲得。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速獲取三維建筑信息的方法，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理過程包括 (1)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，導(dǎo)入所述數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后的原始數(shù)據(jù)； (2)獲取所述臨界高程值； (3)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，對導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換； (4)點(diǎn)圖層數(shù)據(jù)分類； (5)建立數(shù)字地面模型并獲取地形連續(xù)變化范圍； (6)檢驗(yàn)并提取建筑物上的點(diǎn)； (7)計(jì)算建筑物高度值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的快速獲取三維建筑信息的方法，其特征在于所述的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，是將激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)框架下。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的快速獲取三維建筑信息的方法，其特征在于所述點(diǎn)圖層數(shù)據(jù)分類，是以所述臨界高程值作為標(biāo)準(zhǔn)將點(diǎn)圖層根據(jù)其高程屬性值分為大于所述臨界高程值的點(diǎn)圖層和小于所述臨界高程值的點(diǎn)圖層，分別生成建筑物上的點(diǎn)圖層和地面點(diǎn)圖層。
8.根據(jù)權(quán)利要求4和6所述的快速獲取三維建筑信息的方法，其特征在于所述的建立數(shù)字地面模型并獲取地形連續(xù)變化范圍，是將所述地面點(diǎn)圖層采用克里金插值進(jìn)行空間插值，生成數(shù)字地面模型，得到地形的連續(xù)變化取值范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的快速獲取三維建筑信息的方法，其特征在于所述檢驗(yàn)并提取建筑物上的點(diǎn)中所述的檢驗(yàn)，是采用所述地形的連續(xù)變化取值范圍對所述建筑物上的點(diǎn)圖層再次進(jìn)行篩選，去掉所述臨界高程值在地形變化范圍內(nèi)的點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的快速獲取三維建筑信息的方法，其特征在于所述提取建筑物上的點(diǎn)，是將所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)與經(jīng)過所述數(shù)字地面模型篩選過的建筑物上的點(diǎn)圖層進(jìn)行置加分析。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的快速獲取三維建筑信息的方法，其特征在于所述計(jì)算建筑物高度值，是根據(jù)所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)中建筑物輪廓內(nèi)的點(diǎn)數(shù)據(jù)的高程值，采取求和取平均值計(jì)算平均高度作為屬性值賦給建筑物。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速獲取三維建筑信息的方法，其特征在于以所述數(shù)字地面模型作為基礎(chǔ)高程，采用所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)中建筑物的高度屬性建立并顯示所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)內(nèi)所有建筑物的三維模型。
13.一種快速獲取三維建筑信息的系統(tǒng)，其特征在于包括坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分類功能、插值模塊、疊加分析模塊、計(jì)算模塊以及三維顯示模塊。
所述的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模塊，將激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)框架下； 所述數(shù)據(jù)分類模塊，是以所述臨界高程值作為標(biāo)準(zhǔn)將點(diǎn)圖層根據(jù)其高程屬性值分為大于所述臨界高程值的點(diǎn)圖層和小于所述臨界高程值的點(diǎn)圖層，分別生成建筑物上的點(diǎn)圖層和地面點(diǎn)圖層； 所述插值模塊，將所述地面點(diǎn)圖層采用克里金插值進(jìn)行空間插值，生成所述數(shù)字地面模型，得到地形的連續(xù)變化取值范圍； 所述疊加模塊，將所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)與經(jīng)過所述數(shù)字地面模型篩選過的建筑物上的點(diǎn)圖層進(jìn)行疊加分析； 所述計(jì)算模塊，是根據(jù)所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)中建筑物輪廓內(nèi)的點(diǎn)數(shù)據(jù)的高程值，采取求和取平均值計(jì)算平均高度作為屬性值賦給建筑物； 所述顯示模塊，以所述數(shù)字地面模型作為基礎(chǔ)高程，采用所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)中建筑物的高度屬性建立并顯示所述數(shù)字線劃圖數(shù)據(jù)內(nèi)所有建筑物的三維模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速獲取三維建筑信息的方法及系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果生成，具體步驟如下1.原始數(shù)據(jù)預(yù)處理；2.獲取臨界高程值；3.數(shù)據(jù)導(dǎo)入內(nèi)業(yè)處理軟件；4.坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換；5.點(diǎn)圖層數(shù)據(jù)分類；6.建立數(shù)字地面模型并獲取地形連續(xù)變化區(qū)間；7.檢驗(yàn)并提取建筑物上的點(diǎn)；8.計(jì)算建筑物高度；9.建立顯示建筑物數(shù)字三維模型。本發(fā)明采用系統(tǒng)集成的方式，針對給定區(qū)域內(nèi)所有建筑物設(shè)計(jì)了一種快速建立數(shù)字城市的方法，實(shí)現(xiàn)了對城區(qū)建筑物的快速三維模型的建立和顯示，可適用于土地利用情況調(diào)查、城市規(guī)劃與數(shù)字城市建設(shè)等領(lǐng)域。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了獲取三維建筑信息的快速性、高效性和低價(jià)性。
文檔編號G06T17/00GK102708587SQ201210113220
公開日2012年10月3日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者孫義博, 王鶴饒, 艾剛, 賈宗仁, 鄭新奇 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)