山地城市环境下等高线辅助的机载LiDAR点云复杂建筑物三维模型重建方法研究

3D building model reconstruction has been a hot research field in seurveying, mapping and remote sensing.In recent years, the rapid development of the LiDAR (Airboren Light Detection and Ranging, LiDAR) technology provides a new solution for rapidly acquiring the wide range of terrain and 3D city model.In view of the current problems existing in point cloud filtering technology and buildings extraction and 3D model reconstruction under mountainous environment, the unique geometry, topology and semantic information of contours are used to assist the processing of LiDAR point cloud filtering, extraction and 3D reconstruction of buildings.The main feature of this research is making full use of the property of contours as a planar object,and we can adopt the method of objec-oriented analysis to assist the decision of terrain extraction and building reconstruction. Main research contents are list as follows:first,multiscale point clouds filtering based on the fusion of contours;second,building extraction and object recognition and automatic 3D reconstruction in LiDAR point clouds based on contours analysis.Through this research a overall solution about automatic recontruction of complicated building model based on LiDAR cloud points in mountainous city enviroment is expected to be proposed.The resrearch results also would be expected to apply to the digital city construction of mountainous cities

建筑物三维重建一直是测绘和遥感领域研究的热点。机载激光雷达（LiDAR）技术迅猛发展,为快速获取大范围地形地貌、数字城市三维模型提供了一种新的解决方案。本项目面向山地环境下数字城市中建筑物几何模型快速获取与更新需求，针对LiDAR点云滤波、建筑物提取与三维几何模型重建中存在的问题，提出利用等高线独有的几何、拓扑与语义信息来辅助LiDAR点云滤波、建筑物提取与三维重建。本项目的特色在于LiDAR数据处理过程中充分利用等高线这一面状对象，采用面向对象分析的方法来辅助决策点云滤波、建筑物提取与三维重建。主要研究内容包括融合地形等高线信息的点云多尺度滤波、等高线辅助的LiDAR点云复杂建筑物提取与目标识别及三维模型自动重建。通过本课题的研究可望提出一套山地城市环境下基于LiDAR点云的复杂建筑物三维模型自动重建的整体解决方案与方法，并应用到山地城市的数字城市建设中去。

近年来，数字城市研究领域中，具有真实感、沉浸感的虚拟三维城市景观建设成为各国学者们研究的热点；机载LiDAR技术的出现代表了对地观测领域一个新的发展方向，使人们从传统的人工单点数据获取变为连续自动数据获取，提高了观测速度和精度，使数据的获取和处理向自动化和智能化方向发展。它可以主动、快速、实时、全天候、直接获得大区域内地表及地物的密集点云，已经成为快速获取大范围地形及三维城市模型的一种重要手段。本项目针对传统机载LiDAR点云数据处理方法中有关点云滤波、建筑物检测、三维模型重建主要面向单一地形环境、结构较为简单的建筑物等不足，充分利用等高线作为一种面状对象在几何上具有的闭合、不相交等独特的优点和丰富的拓扑、语义信息，提出基于等高线辅助的机载LiDAR点云复杂建筑物三维模型重建方法。本项目主要研究内容包括：融合地形等高线信息的LiDAR点云多尺度滤波方法、等高线辅助的LiDAR点云建筑物自动提取与目标识别方法和等高线辅助的复杂建筑物三维模型自动重建方法。在该基金课题的支持下，项目组在复杂环境下点云多尺度滤波、植被混杂区域建筑物检测和复杂建筑物三维模型自动识别和重建方面取得了一定的研究成果，形成了一套山地城市环境下基于LiDAR点云的复杂建筑物三维模型自动重建的整体解决方案与方法。本项目的亮点在于创造性的提出了基于面向对象的方法，利用建筑物等高线的闭合、拓扑结构等特有信息，从整体上把握建筑物LiDAR点云，并应用到建筑物提取和模型自动识别与重建过程当中，大大提高了建筑物三维模型重建的自动化程度。同时，本项目的研究思路相较于以往基于面片的三维重建方法对曲面建筑的三维重建更具优势，可以实现曲面建筑物的整体提取和自动识别。