一種對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，包括以下步驟：將航空傾斜攝影的地理三維模型數(shù)據(jù)存儲為三維拓?fù)潢P(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；設(shè)定分類斜度值，將空間三角形面分類為大坡度面和小坡度面；把具有相鄰關(guān)系的三角形面合并，得到多個孤立的空間多邊形和多個孤立的沒有被合并的空間三角形面；把所有由大坡度面生成的孤立的空間多邊形從原模型中提取出來；在被提取出的由大坡度面生成的孤立的空間多邊形中，存在內(nèi)部留有空洞的空間多邊形，在由小坡度面生成的孤立的空間多邊形和空間三角形面中查找與空洞相符合的數(shù)據(jù)，而填補(bǔ)到相應(yīng)的空洞中。本發(fā)明用以提取和分類地表構(gòu)造物，豐富了航空傾斜攝影的后期應(yīng)用。
【專利說明】一種對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空傾斜攝影【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法。

【背景技術(shù)】
[0002]航空傾斜攝影測量:是指傾斜地理定位與測量系統(tǒng)?；驹硎峭ㄟ^在航飛器上安裝前后、左右、垂直五個方向的相機(jī)，連續(xù)拍攝地球表面，通過相片的重疊形成立體相對，然后通過射線前方交會計算三維空間坐標(biāo)。這種攝影測量方法，簡稱為“傾斜測量”。傾斜測量的應(yīng)用包括:(I)傾斜測量數(shù)據(jù)可以提取三維建筑模型、樹木、鐵塔等明顯凸出于地表的各種物體；(2)通過傾斜測量數(shù)據(jù)剔除地物后，生成三維地面高程模型(DEM) ； (3)應(yīng)用傾斜測量數(shù)據(jù)生成建筑平面線畫圖。
[0003]但是，傾斜測量得到的三維模型數(shù)據(jù)是所有數(shù)據(jù)都融合在一個模型中，計算機(jī)無法區(qū)分哪些是建筑物、樹木、鐵塔、其他地表構(gòu)造物。因為這些構(gòu)造物沒有被提取出來，所以無法給它們單獨賦予屬性，嚴(yán)重限制了后期應(yīng)用。由于地面構(gòu)造物與地表數(shù)據(jù)全部融合在一起，無法生成正確的三維地面高程模型(DEM)。而且，在繪制二維平面矢量地形圖時，手工繪制建筑平面線畫圖效率低、作業(yè)難度高、容易出錯。
[0004]目前的航空傾斜測量產(chǎn)品生成的三維模型數(shù)據(jù)是一個大綜合，不能給每棟建筑賦予屬性、不能生成地表高程模型、不能直接提供矢量地形圖用于計量建筑的面積和位置。另夕卜，基于航空攝影測量照片的建筑物提取，主要原理是通過顏色梯度差提取建筑的邊緣輪廓生成平面矢量圖，不能處理三維數(shù)據(jù)、房頂顏色復(fù)雜邊緣梯度不明顯的建筑無法處理；而基于激光點云的建筑物提取產(chǎn)品，主要原理是基于相鄰點云的高度差、迭代窗口濾波，這種方法能夠有效過濾外表輪廓較規(guī)則的建筑物或樹木，但無法處理外表輪廓復(fù)雜的建筑物、也不能用于航空傾斜測量的面狀數(shù)據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，以提取地表構(gòu)造物，并分別單獨賦予屬性，方便后期應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0007]—種對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一、將航空傾斜攝影的地理三維模型數(shù)據(jù)存儲為三維拓?fù)潢P(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以獲取地理三維模型數(shù)據(jù)中的所有空間三角形面信息；
[0009]步驟二、設(shè)定分類斜度值，將斜度大于所述分類斜度值的空間三角形面記錄為大坡度面，而將斜度小于所述分類斜度值的空間三角形面記錄為小坡度面；
[0010]步驟三、分別對大坡度面和小坡度面進(jìn)行處理，把具有相鄰關(guān)系的三角形面合并，得到多個孤立的空間多邊形和多個孤立的沒有被合并的空間三角形面；
[0011]步驟四、把所有由大坡度面生成的孤立的空間多邊形從原模型中提取出來，剩下的都是由小坡度面生成的孤立的空間多邊形和空間三角形面；
[0012]步驟五、在被提取出的由大坡度面生成的孤立的空間多邊形中，存在內(nèi)部留有空洞的空間多邊形，在由小坡度面生成的孤立的空間多邊形和空間三角形面中查找與空洞相符合的數(shù)據(jù)，而填補(bǔ)到相應(yīng)的空洞中；
[0013]步驟六、被補(bǔ)填了空洞的由大坡度面生成的孤立的空間多邊形就是提取出的地表的構(gòu)造物。
[0014]優(yōu)選的是，所述的對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，將由小坡度面生成的孤立的空間多邊形和空間三角形面標(biāo)記為平面孤島，在平面孤島中查找與空洞邊緣有相鄰關(guān)系且位置匹配的數(shù)據(jù)。
[0015]優(yōu)選的是，所述的對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，所述設(shè)定分類斜度值的方法為，以所拍攝的地理數(shù)據(jù)所對應(yīng)的大地的自然地表坡度的近似值作為分類斜度值。
[0016]優(yōu)選的是，所述的對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，所述構(gòu)造物為地表建筑物。
[0017]優(yōu)選的是，所述的對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，所述步驟六中還包括圍繞每個構(gòu)造物的邊緣一圈，提取出構(gòu)造物的邊緣界線。
[0018]優(yōu)選的是，所述的對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，所述三維拓?fù)潢P(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括構(gòu)成整個傾斜測量的三維模型的所有頂點信息，由這些頂點的序號索引構(gòu)成的空間三角形信息和空間三角形的邊信息，每個頂點發(fā)出的邊信息和三角形信息，每條邊的左右三角形信息。
[0019]本發(fā)明的有益效果:(I)開發(fā)了一種簡單高效的航空傾斜攝影測量的數(shù)據(jù)分類提取方法，根據(jù)航空傾斜攝影測量的數(shù)據(jù)提取和分類可以直接得到建筑物、樹木、鐵塔及其它地表構(gòu)造物，本發(fā)明豐富了航空傾斜攝影的后期應(yīng)用。(2)分類得到的構(gòu)造物可以單獨賦予屬性等增加輔助信息與分析功能，可以廣泛應(yīng)用于三維數(shù)字城市及三維資產(chǎn)管理等多領(lǐng)域。(3)本發(fā)明把地表構(gòu)造物提取后，剩下的是已經(jīng)剔除地物的裸地表數(shù)據(jù)，可以直接提取測量成果，生成地面高程模型或生成矢量地形圖等應(yīng)用。

【具體實施方式】
[0020]根據(jù)地理學(xué)、流體穩(wěn)定性原理等知識，可以得知自然地表的坡度通常是在某個坡度值范圍內(nèi)，超越這個范圍值可以視為懸崖、陡坎、建筑、其它地表構(gòu)造物。這些與自然地表形態(tài)有著明顯區(qū)別的物體是本發(fā)明研究的主要目標(biāo)對象。
[0021]本發(fā)明提供一種對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，包括以下步驟:
[0022]步驟一、將航空傾斜攝影的地理三維模型數(shù)據(jù)存儲為三維拓?fù)潢P(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以獲取地理三維模型數(shù)據(jù)中的所有空間三角形面信息；
[0023]這種三維拓?fù)潢P(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容包括構(gòu)成整個三維模型的所有頂點信息、由這些頂點的序號索引構(gòu)成的空間三角形信息、構(gòu)成空間三角形的邊信息、每個頂點發(fā)出的邊信息和三角形信息、每條邊的左右三角形信息。每個三角形都確定一個面，可以非常方便的確定這個三角形面的傾斜角度?？梢钥闯?，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還可以快速找到每個三角形的相鄰三角形。
[0024]步驟二、設(shè)定分類斜度值，將斜度大于所述分類斜度值的空間三角形面記錄為大坡度面，而將斜度小于所述分類斜度值的空間三角形面記錄為小坡度面；
[0025]分類斜度值可以根據(jù)航空傾斜攝影所在區(qū)域的地理資料推算得出，本實施例以所拍攝的地理數(shù)據(jù)所對應(yīng)的大地的自然地表坡度的近似值作為分類斜度值。這個分類斜度值即可作為自然地表與地表構(gòu)造物的分界線參數(shù)，根據(jù)這個分類斜度值把空間三角形面分類為大坡度面和小坡度面。分類斜度值可以反復(fù)調(diào)整優(yōu)化，直到得到理想的分類結(jié)果。
[0026]步驟三、分別對大坡度面三角形和小坡度面三角形進(jìn)行處理，把具有相鄰關(guān)系的三角形面合并，得到多個孤立的空間多邊形和多個孤立的沒有被合并的空間三角形面；
[0027]本發(fā)明使用的是步驟一中的三維拓?fù)潢P(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因而非常容易確定每個三角形的相鄰三角形。分別將大坡度面三角形和小坡度面三角形與其相應(yīng)的相鄰三角形合并，可以得到多個孤立的空間多邊形，而對于沒有相鄰三角形的空間三角形，就只能得到多個孤立的空間三角形。
[0028]步驟四、把所有由大坡度面生成的孤立的空間多邊形從原模型中提取出來，剩下的都是由小坡度面生成的孤立的空間多邊形和空間三角形面；
[0029]步驟五、在被提取出的由大坡度面生成的孤立的空間多邊形中，存在內(nèi)部留有空洞的空間多邊形，在由小坡度面生成的孤立的空間多邊形和空間三角形面中查找與空洞相符合的數(shù)據(jù)，而填補(bǔ)到相應(yīng)的空洞中；本實施例中，將由小坡度面生成的孤立的空間多邊形和空間三角形面標(biāo)記為平面孤島，在平面孤島中查找與空洞的形狀和尺寸相符合、與空洞邊緣有相鄰關(guān)系且位置匹配的數(shù)據(jù)，并用來填補(bǔ)空洞。
[0030]步驟六、被補(bǔ)填了空洞的由大坡度面生成的孤立的空間多邊形就是提取出的地表的構(gòu)造物。所述構(gòu)造物主要為地表建筑物，例如房屋、塔及其它人造建筑，還可以是樹木。圍繞每個構(gòu)造物的邊緣一圈，就可以提取出構(gòu)造物的邊緣界線。
[0031]例如，某地區(qū)的自然地表坡度為3度，某房屋的航空傾斜攝影三維模型中，組成屋頂?shù)目臻g三角形面的斜度均小于3度，而組成房屋四塊側(cè)墻的空間三角形面的斜度均為90度。這時，即可設(shè)定分類斜度值為3度，那么組成屋頂?shù)目臻g三角形面均歸為小坡度面，而組成四塊側(cè)墻的空間三角形面即可歸為大坡度面。將屋頂?shù)娜切蚊婧蛡?cè)墻的三角形面分別合并，得到屋頂多邊形和側(cè)墻多邊形。將側(cè)墻多邊形提取出來，屋頂多邊形留在原模型中，標(biāo)記為平面孤島。提取出來的側(cè)墻多邊形在原屋頂?shù)奈恢么嬖诳斩矗@時可以用屋頂多邊形將側(cè)墻多邊形補(bǔ)充完整，即完成該房屋的提取。圍繞房屋一圈即可得到房屋的邊緣界線。類似的，可以完成其它地表構(gòu)造物的提取。
[0032]本發(fā)明的應(yīng)用:分類得到的構(gòu)造物可以單獨賦予屬性等增加輔助信息與分析功能，可以廣泛應(yīng)用于三維數(shù)字城市、三維資產(chǎn)管理等多領(lǐng)域；把地表構(gòu)造物提取后，剩下的是已經(jīng)剔除地物的裸地表數(shù)據(jù)，可以直接用于生成地面高程模型；還可以對地表構(gòu)造物的邊緣界線進(jìn)行處理，直角化、剔除多余頂點、剔除細(xì)小折彎點等，生成矢量平面圖。
【權(quán)利要求】
1.一種對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、將航空傾斜攝影的地理三維模型數(shù)據(jù)存儲為三維拓?fù)潢P(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以獲取地理三維模型數(shù)據(jù)中的所有空間三角形面信息； 步驟二、設(shè)定分類斜度值，將斜度大于所述分類斜度值的空間三角形面記錄為大坡度面，而將斜度小于所述分類斜度值的空間三角形面記錄為小坡度面； 步驟三、分別對大坡度面和小坡度面進(jìn)行處理，把具有相鄰關(guān)系的三角形面合并，得到多個孤立的空間多邊形和多個孤立的沒有被合并的空間三角形面； 步驟四、把所有由大坡度面生成的孤立的空間多邊形從原模型中提取出來，剩下的都是由小坡度面生成的孤立的空間多邊形和空間三角形面； 步驟五、在被提取出的由大坡度面生成的孤立的空間多邊形中，存在內(nèi)部留有空洞的空間多邊形，在由小坡度面生成的孤立的空間多邊形和空間三角形面中查找與空洞相符合的數(shù)據(jù)，而填補(bǔ)到相應(yīng)的空洞中； 步驟六、被補(bǔ)填了空洞的由大坡度面生成的孤立的空間多邊形就是提取出的地表的構(gòu)造物。
2.如權(quán)利要求1所述的對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，其特征在于，將由小坡度面生成的孤立的空間多邊形和空間三角形面標(biāo)記為平面孤島，在平面孤島中查找與空洞邊緣有相鄰關(guān)系且位置匹配的數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，其特征在于，所述設(shè)定分類斜度值的方法為，以所拍攝的地理數(shù)據(jù)所對應(yīng)的大地的自然地表坡度的近似值作為分類斜度值。
4.如權(quán)利要求3所述的對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，其特征在于，所述構(gòu)造物為地表建筑物。
5.如權(quán)利要求3所述的對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，其特征在于，所述步驟六中還包括圍繞每個構(gòu)造物的邊緣一圈，提取出構(gòu)造物的邊緣界線。
6.如權(quán)利要求3所述的對航空傾斜攝影的地理數(shù)據(jù)中構(gòu)造物數(shù)據(jù)的提取方法，其特征在于，所述三維拓?fù)潢P(guān)系網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括構(gòu)成整個傾斜測量的三維模型的所有頂點信息，由這些頂點的序號索引構(gòu)成的空間三角形信息和空間三角形的邊信息，每個頂點發(fā)出的邊信息和三角形信息，每條邊的左右三角形信息。
【文檔編號】G06T7/00GK104463857SQ201410698890
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】韋心意, 韋喆, 陳正偉, 潘樹青, 彭越 申請人:南寧市界圍工程咨詢有限公司