基于机载lidar数据的建筑物快速三维建模

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2、＇，，■？■ＩＩ独创忡＿片甥本人声明所單交的学位论义站木人在导师指甘Ｋ进行的研究１：作一Ｌ。别加义标巧和致谢的地方及取得的研究成果据巧所知，路Ｔ文中特：勺过的妍究成义，也小包巧为夕ｈ，论文小不包含巧他人己经发表或撰获得电子科技大学或巧它教脊机构的学位或证书而化川过的材料。与我－问Ｘ化的问志对本硏究所做的化何贡献均在论义中作ｒ明備的说明并衷示谢意。与ｆ：年巧Ｈ作者簽名：光門期＾论文使川授权本学位论义作巧完全了解电子科技大学行关保閔、使用学位论义？，的规定，巧权

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4、法UDC》的类号。FastBuildingModelingbasedonAirborneLiDARDataAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:LiLiangSupervisor:LiShihuaWangChengSchool:SchoolofResourcesandEnvironment摘要摘要三维建筑模型是“数字城市”的重要组成部分，也是三维GIS应

5、用的重要方向，已在诸如城市规划、环境模拟、文化遗产保护，以及许多基于位置的服务等领域得到广泛的应用。机载LiDAR（LightDetectionAndRanging）技术为建筑三维重建提供了可靠的数据源保障，它可以直接获取高密度、高精度的三维空间信息，非常有利于建筑屋顶的平面特征提取，从而为实现自动化的建筑三维模型重建奠定基础。然而，基于机载LiDAR数据的高精度建筑模型自动生成算法仍然是该领域具有挑战性的任务，还存在着一些亟待解决的问题，如检测的建筑物点云不完整或存在丢失、屋顶过分割现象，以及算法过于复杂、普适性有待提高

6、等。据此，本文基于机载LiDAR数据开展建筑三维模型自动重建方法研究，主要研究内容如下：（1）提出一种层进式的建筑点云提取方法。首先对原始LiDAR数据采用改进的形态学滤波算法得到地面点和非地面点，然后结合点云回波次数、点云法向量等特征，逐步从非地面点中提取出初始建筑物区域，最后结合建筑物高程和面积等几何信息进行精提取，得到建筑物点云。实验表明，基于单一数据源，本方法提取的建筑物点云的精度可达80%以上。（2）优化基于点云空间分布特性的聚类增长分割算法。针对利用层进式方法提取出的建筑物点云，首先利用建筑屋顶平面具有点云法向

7、量相似性的特点进行聚类得到初始分割结果，然后利用点到面的距离和点云密度将未分割点正确分配到对应的屋顶面点集，最后结合面片优化策略完成屋顶的准确分割。（3）提出了一种改进的基于拓扑图的建筑屋顶模型重建方法。首先根据屋顶拓扑关系，对相关屋顶面片求交得到屋脊线。然后根据屋顶面与邻近墙面的相交，得到相关屋顶面的其它关键边界线。最后将各屋顶面的关键线段根据规则连接成封闭多边形，它们的组合即为建筑屋顶三维模型。实验结果表明，点云到大部分屋顶模型表面垂直距离的均值和标准差分别可达0.1m和0.08m，表明该方法能得到较高精度的建筑屋顶三

8、维模型。关键词：机载LiDAR，建筑三维模型，屋顶分割，拓扑图，自动重建IABSTRACTABSTRACT3Dbuildingmodelisanimportantpartofthe"DigitalCity",andisessentialtothree-dimensionalGISapplications