CN103729334B - 基于数字建筑物模型dbm的输电线路房屋拆迁量计算方法 - Google Patents

Abstract

一种基于数字建筑物模型DBM的输电线路房屋拆迁量计算方法，包括以下步骤a.用数字正射影像DOM叠加点云数据，获取输电线路房屋拆迁区房屋轮廓和房屋点云数据，生成数字建筑物模型DBM确定房屋类型；b.用数字高程模型DEM对数字建筑物模型DBM进行归一化，结合房屋类型，计算房屋平均对地高度，生成房屋高度数据集，从而获得拆迁区房屋高度；c.用拆迁区房屋高度数据集获取房屋层高；d.用c、b的结果确定房屋层数、房屋面积；e.用上述结果结合线路路径信息输出输电线路房屋拆迁量计算报表。本发明将该技术用于输电线路房屋拆迁量计算工作，可以大大减轻相关测量工作的人力物力投入，同时又能快速、安全、准确的获取拆迁数据。

Description

基于数字建筑物模型DBM的输电线路房屋拆迁量计算方法

技术领域

本发明属于遥感技术领域，具体是一种利用三维激光雷达获取输电线路拆迁区房屋数据，通过一系列算法实现输电线路房屋拆迁量自动计算的方法。

背景技术

输电线路房屋拆迁量计算是输电线路设计中十分重要的工作之一，对于输电线路路径选择、成本控制有着重要意义。传统的输电线路房屋拆迁量计算工作依赖的技术手段一般为传统工程测量或传统航空摄影测量技术，并辅以实地调绘，工程测量技术精度准确，但工作周期长，效率较低，对于拆迁量较大、线路较长且工程周期较短的输电线路工程并不适用；传统航测技术可以较快的获得房屋形状，但受制于高程精度较差、投影差等问题，在房屋采集过程中经常会出现房屋高程不准确、房屋遗漏等问题，且由于影像的现势性的问题，往往捕捉不到房屋更新的信息。

机载激光雷达技术的出现将极大改善了输电线路房屋拆迁量计算工作的现状，无人机技术的发展为激光雷达设备提供了新的移动平台。利用无人机搭载激光雷达设备有着传统机载平台无法比拟的优势：（1）无人驾驶不会造成人员伤亡，安全性高；（2）不受地理条件的限制，对起降条件要求较低，即使遇到地震洪涝等自然灾害，只要能找到一块相对空旷的公路或者硬地面即可实现起降；（3）体积较小，转场方便，置建费用较低，运营成本、维护成本和操作手的成本远远低于载人机系统，具有低投入、高回报的优势。

作为一种主动式测量技术,能够快速获取大面积地表三维数据,具有可穿透植被、自动化程度高、高精度以及作业成本低等特点。可用于快速生产数字高程模型（DEM）、数字表面模型（DSM）和数字正射影像（DOM），也可用于城市三维建模、自然灾害评估、资源调查、海洋监测、大型工程测量等各个方面。

发明内容

本发明利用无人机三维激光雷达技术实时快速获取输电线路房屋数据，提供一种计算房屋高度、房屋层数、房屋类型、房屋面积并自动生成输电线路房屋拆迁量计算报表的方法，用以减轻拆迁计算工作量且给出精准拆迁信息。

为实现上述目的，本发明采用了以下主要技术方案：

a.利用三维激光雷达数据生成的数字正射影像DOM叠加点云数据，精确获取输电线路拆迁区房屋轮廓和房屋点云数据，用此数据生成数字建筑物模型DBM，对DBM进行坡度计算以确定房屋类型；

b.用数字高程模型DEM对数字建筑物模型DBM进行归一化，结合房屋类型，计算房屋平均对地高度，生成房屋高度数据集，从而获得拆迁区房屋高度；

c.用拆迁区房屋高度数据集获取房屋层高；

d.用c、b的结果确定房屋层数、房屋面积；

e.用上述结果结合线路路径信息输出输电线路房屋拆迁量计算报表。

利用DBM判断线路区域房屋类型是指：计算DBM中每个房屋区域中心与中心临近格网间的高差，以此高差计算房屋表面坡度，设定坡度阈值，判定表面坡度与阈值的关系，以此判定平顶房与尖顶房，分别对它们进行计数和编号输出。

利用DBM与DEM（数字高程模型）获取线路区房屋高度是指利用DEM对DBM进行归一化，结合房屋类型，计算房屋平均对地高度，生成房屋高度数据集的方法；

利用拆迁区房屋高度数据集获取房屋层高是指以房屋层高经验值为初始条件，利用统计分析算子获取拆迁区域房屋高度最小值h_min，最大值h_max，以及以h_min、h_max为边界的多个分段高度数据集，再对多个数据集进行统计分析精确判定拆迁区房屋单层高度。

判定房屋层数、计算房屋面积是指对于平顶房，层数=房屋高度/单层高度，总面积=单层面积×层数；尖顶房，如果层数是1层，总面积=单层面积，如果层数大于1，层数总面积=单层面积×（层数+0.5）。

本发明的有益效果是，以利用DEM对DBM进行归一化获取房屋高度直观快速；利用DBM判断线路区域房屋类型的方法能够准确获取复杂房屋信息；通过计算分析判定的房屋层数与房屋面积输出输电线路房屋拆迁量计算表。将本发明用于输电线路房屋拆迁量计算工作，可以大大减轻相关测量工作的人力物力投入，同时又能快速、安全、准确的获取数据，是一个很有前途的研究方向，并且有着很重要的实用价值。

附图说明

附图1是基于数字建筑物模型DBM的输电线路房屋拆迁量计算方法的流程图；

附图2是利用DBM判断拆迁区域房屋类型流程图；

附图3是利用DBM与DEM数字高程模型获取线路区房屋高度流程图；

附图4是判定房屋层数、计算房屋面积流程图；

附图5是DBM和归一化后DBM效果图；

附图6是输出的输电线路房屋拆迁量计算报表（局部）；

附图7是输出的平顶房单层高度值表；

附图8是输出的单层尖顶房高度数据集。

具体实施方式

参照附图对本发明具体流程做详细说明，包括如下步骤：

（1）判定拆迁区房屋类型

计算DBM中每个房屋区域中心与中心临近格网间的高差，以此高差计算房屋表面坡度，设定坡度阈值，判定表面坡度与阈值的关系，以此判定平顶房与尖顶房，分别对它们进行计数和编号输出。坡度计算公式如下：

${\mathrm{slope}}_{(i,j)}=\arctan \left(\frac{G_{(i,j)}-G_{(m,n)}}{S}\right)$

式中G_(m,n)为某一屋顶平面中心高程；G_(i,j)为中心临近格网高程；S为中心到边缘的水平距离。设定拆迁区坡度阈值为4°～6°，示例中设定拆迁区坡度阈值为5°，经计算获得如下输出结果如表1所示：

表1判断房屋类型的中间结果

（2）获取拆迁区房屋高度

①对DBM进行归一化，即DBM与DEM进行减运算，公

如下：

nDBM_(i,j)=DBM_(i,j)-DEM_(i,j)

式中nDBM代表归一化后的数字建筑物模型，nDBM_(i,j)为nDBM中第i行第j列的高程值，也是获得的拆迁区房屋的绝对高度；DBM_(i,j)为数字建筑物模型中第i行第j列的高程值；DEM_(i,j)为数字高程模型第i行第j列的高程值；

②获得房屋高度数据集：以房屋类型为条件，平顶房高度以平均对地高度计算；尖顶房高度以最小对地高度计算。

③对高度数据集进行统计分析，在统计分析中加入单层平顶房和单层尖顶房高度经验值，获得以下数据：拆迁区房屋高度最大值与最小值；以最大值、最小值为边界的多个分段高度数据集。现以实例说明：设定拆迁区单层平顶房高度经验值为3m，单层尖顶房高度经验值为4.5m，下表2（分段高度数据集）为输出的分段高度数据集：

表2分段高度数据集

④对步骤③中的数据进行统计分析，依然加入单层平顶房和单层尖顶房高度经验值这一条件，获得平顶房单层高度与单层尖顶房高度数据集。

计算房屋层数和房屋面积

①判定房屋形状；

②判定房屋高度，对于平顶房：首先判定房屋高度，如为单层，直接输出面积；如为多层，计算层数，层数=房屋高度/单层高度，计算总面积，总面积=单层面积×层数；对于尖顶房：首先判定房屋高度，如为单层，直接输出面积；如为多层，计算层数，层数=房屋高度/单层高度，计算总面积，总面积=单层面积×（层数+0.5）。

Claims (1)

1.一种基于数字建筑物模型DBM的输电线路房屋拆迁量计算方法，包括采集获取输电线路拆迁区房屋信息，并自动生成输电线路房屋拆迁量计算报表各步骤，其特征在于方法步骤如下：

a.利用三维激光雷达数据生成的数字正射影像DOM叠加点云数据，精确获取输电线路拆迁区房屋轮廓和房屋点云数据，用此数据生成数字建筑物模型DBM，对DBM进行坡度计算以确定房屋类型；

具体是指计算DBM中每个房屋区域中心与中心临近格网间的高差，以此高差计算房屋表面坡度，设定坡度阈值，判定表面坡度与阈值的关系，以此判定平顶房与尖顶房，分别对它们进行计数和编号输出，坡度计算公式如下：

式中G_(m,n)为某一屋顶平面中心高程；G_(i,j)为中心临近格网高程；S为中心到边缘的水平距离，设定拆迁区坡度阈值为4°～6°；

b.用数字高程模型DEM对数字建筑物模型DBM进行归一化，结合房屋类型，计算房屋平均对地高度，生成房屋高度数据集，从而获得拆迁区房屋高度；具体方法是，

①对DBM进行归一化，即DBM与DEM进行减运算，公式如下：

nDBM_(i,j)＝DBM_(i,j)-DEM_(i,j)

式中nDBM代表归一化后的数字建筑物模型，nDBM_(i,j)为_nDBM中第_i行第j列的高程值，也是获得的拆迁区房屋的绝对高度；DBM_(i,j)为数字建筑物模型中第i行第j列的高程值；DEM_(i,j)为数字高程模型第i行第j列的高程值；

②获得房屋高度数据集，以房屋类型为条件，平顶房高度以平均对地高度计算，尖顶房高度以最小对地高度计算；

③对高度数据集进行统计分析，在统计分析中加入单层平顶房和单层尖顶房高度经验值，获得以下数据：拆迁区房屋高度最大值与最小值；以最大值、最小值为边界的多个分段高度数据集；

c.用拆迁区房屋高度数据集获取房屋层高；具体方法是以拆迁区房屋层高经验值为初始条件，分析计算出拆迁区域房屋高度最小值h_min，最大值h_max，以及以h_min、h_max为边界的多个分段高度数据集，再对多个数据集进行分析精确判定拆迁区房屋单层高度；

d.用c、b的结果确定房屋层数、房屋面积；其计算方法是：

①判定房屋形状；

②判定房屋高度，对于平顶房，首先判定房屋高度，如为单层，直接输出面积；如为多层，计算层数，层数＝房屋高度/单层高度，计算总面积，总面积＝单层面积×层数；对于尖顶房：首先判定房屋高度，如为单层，直接输出面积；如为多层，计算层数，层数＝房屋高度/单层高度，计算总面积，总面积＝单层面积×(层数+0.5)；

e.用上述结果结合线路路径信息输出输电线路房屋拆迁量计算报表。