基于机载LiDAR数据的建筑物点云提取-论文.pdf

《基于机载LiDAR数据的建筑物点云提取-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第23卷第1期河南城建学院学掇Vol_23No．12014年1月JournalofHenanUniversityofUrbanConstructionJan．2014文章编号：1674—7046(2014)01—0059—04基于机载LiDAR数据的建筑物点云提取木曹鸿，李永强，牛路标，毛杰，闫阳阳(河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南焦作454000)摘要：LiDAR技术是快速获取地面及地物三维数据的新型测绘技术，也是近年来进行城市三维建模的一种重要手段，而对建筑物的提取是城市三维建模的重要步骤。为了从原始机载点云中

2、有效地提取出城市建模所需要的建筑物点云，在常用机载LiDAR滤波与点云分类思想的基础上，提出了结合面积与斜率两特征参数的区域增长算法，实现了高大植被与建筑物点云的有效分离，完成了建筑物点云的提取。通过设定合理的面积阈值与斜率阈值，结合具体的数据通过该算法获得了较好的提取效果，最后对提取方法及效果进行了客观分析与评价。关键词：机栽LiDAR；滤波；建筑物提取；区域增长中图分类号：P23文献标识码：A机载激光雷达技术是以飞机为探测平台的集激光扫描仪、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)等技术于一体的主动获取地面地物空

3、间信息的新型测量技术，该技术能快速大量地获取地形地物的空间三维信息。现今的机载激光雷达系统还装配了如CCD相机的成像装置，这样在数据中还包括扫面目标区域的光谱信息(如航空影像数据)¨。机载激光雷达技术的原理为：激光器向地面发射激光脉冲，通过测量脉冲的往返时间来计算出传感器到地面或者目标物之间的距离，并获取地表及地表建筑物等设施的点云数据，结合激光发射处到目标的距离和GPS、INS的数据记录解算出被扫描目标的空间三维坐标。其具有工作效率高、获取信息丰富、全天候的特点，是目前继GPS技术之后测绘界的又一重大技术革命。机载激光雷

4、达技术起初的目的仅仅是为了获取地形复杂或者难以接近测量的地区的数字高程模型DEM及测图成果。随着信息社会的不断发展，城市建设日新月异，“数字城市”概念的提出与建设应运而生，而其核心任务对城市建筑物的提取与三维重建一直是当今研究的一个热点，LiDAR技术相比于传统的测绘建模手段有着实时性强、数据量丰富、自动化程度高等明显优势]。利用机载LiDAR数据进行建筑物的特征提取及三维重建逐渐成为一种重要的手段]。1机载LiDAR原始数据预处理机载激光雷达系统得到的原始观测数据主要包括原始激光点云数据(激光束的扫描角度、激光发射点到目

5、标的距离、目标的回波次数、回波强度等)，惯导数据，GPS数据以及数码影像数据]。在利用点云数据进行地物辨别与提取前需要对点云数据进行预处理，这包括对影像数据进行修正并完成对Li．DAR系统设备与POS传感器的姿态参数的测定与检校]，剔除异常点，转换坐标系以及匹配航带等方jIc基金项目：国家自然科学基金资助项目(41001304)；国家十二五科技支撑项目(2012BAH34B00)；河南理工大学博士基金资助项目(B2009—33)。收稿日期：2013—11—14第一作者简介：曹鸿(1987一)，男，河南杞县人，河南理工大学测

6、绘与国土信息工程学院硕士研究生。河南城建学院学报2014年1月面的工作。数据预处理的目的是获得相应的空间坐标信息和姿态信息以完成LiDAR数据与影像数据的大地定向。对原始机载LiDAR数据进行数据预处理，主要包括剔除异常点、转换坐标系、匹配航带等三个方面的工作：(1)剔除异常激光点云。在航测飞机飞行过程中，由于系统电路、镜面反射等系统自身的影响与外界条件中高空遮挡物的影响，LiDAR原始点云往往存在异常点，该步骤主要是去除高于飞行高度和低于地面高度的异常点。(2)转换坐标系。采集的LiDAR点云数据与航片的外方位元素所在的

7、坐标系统均为WGS84坐标系，在测区范围内，通过比较城市局部坐标系与WGS84坐标系中的控制点，采用布尔萨七参数模型实现平面坐标系的转换，再结合城市的高精度水准数据，完成由WGS84坐标向该城市地方高程坐标系的转换。(3)匹配航带。要完成机载LiDAR数据的完全采集，由于飞行角度与扫描角度等问题，飞行航线需要保持大约30％的重叠度，这样就造成航带与LiDAR点云之间不能很好的匹配，需要通过现有的点云处理软件对两者之间进行配准操作。2常用的机载点云滤波原理机载LiDAR数据经过数据预处理后得到的是大量离散的激光点云，这其中包

8、括地面点、建筑物点、植被点、水域点以及噪声点等，这些点云处在同一个数据层中，滤波即从原始点云中去除建筑物、植被等地物激光脚点，分离出地形表面的激光点。这也是获取建筑物点云的必要步骤。机载LiDAR点云数据的滤波方法按其原理大致可分两类：第一类是基于高程突变的原理；第二类是基于激光点的回波强度信息的滤波方