CN107798728B - 一种基于激光点云数据的地表三维模型构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于激光点云数据的地表三维模型构建方法，包括构建地表DEM和DOM并将二者融合，形成地表三维模型。DEM构建方法包括：获取点云数据；剔除噪点和过滤植被信息；压缩；每个DEM格网内保留距中心最近的数据点；分块处理；构建地表DEM；将地表DEM保存为GeoTIFF栅格文件。DOM构建方法包括：将激光点云数据的三维坐标和色彩值对应；地表DOM每个网格内最多保留一个点提取颜色；获取激光点云数据的凹包轮廓线，位于轮廓线内的网格填入颜色；将地表DOM保存为GeoTIFF栅格文件。本发明以高密度、真彩色激光扫描点云数据为数据源，利用点云数据的三维坐标和RGB值分别构建地表DEM和地表DOM，融合形成精度高、数据量小、精细度高、真纹理(色彩)的地表三维模型。

Description

一种基于激光点云数据的地表三维模型构建方法
技术领域
本发明特别涉及一种基于激光点云数据的地表三维模型构建方法。
背景技术
地表三维模型构建方法包括以下步骤：
第一步，采用地面激光扫描技术对地形进行扫描，可获取高密度地表点的三维坐标，利用三维激光点云数据的三维坐标构建地表DEM(数字高程模型)。
第二步，利用安置在激光扫描仪上的相机获取扫描对象的影像数据，利用三维激光点云数据的RGB值构建地表DOM(正射影像图)。
第三步，将地表DOM和地表DEM进行融合，形成地表三维模型。
激光扫描地形数据具有精度高、密度大等特点，可细致反映地表的起伏状况，而影像信息则可清晰、直观反映出地表附属物如植被、建构筑物等信息，利用高密度激光扫描点云数据和相应的影像信息构建地表三维模型，可直观、真实再现地表实景，为相关应用提供基础数据。
由于激光扫描点云数据具有海量、高密度(点间距小)、含噪等特点，在构建地表DEM时，通常采用分块、抽稀的方法，效率低，精度损失大；而激光扫描作业获取的影像数据具有像幅小、畸变大、非正摄(像片倾角大)、数据量大(高清影像)等特点，不能形成有效的地表DOM。因此，直接利用地面激光扫描数据构建地表模型，不能构建带纹理的真三维地表模型。
为有效利用地面激光扫描数据，提高地面三维激光扫描技术的附加值，促进地面三维激光扫描技术的应用发展，本发明设计了基于真彩色激光点云数据的三维地表模型的构建方法。
发明内容
现有方法不能构建带纹理的真三维地表模型。本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种改进了的基于激光点云数据的地表三维模型构建方法，该方法建立的地表模型具有精度高、数据量小、精细度高、真纹理(色彩)等特点，可为工程规划、设计、三维仿真等应用提供测绘地理信息资料。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于激光点云数据的地表三维模型构建方法，包括以下步骤：步骤A.构建地表DEM；步骤B.构建地表DOM；步骤C.将地表DOM和地表DEM进行融合，形成地表三维模型；所述地表DEM构建方法包括：步骤A1.通过点云编辑，获取构建范围内的点云数据，并剔除噪点信息和过滤植被信息；步骤A2.对各DEM格网内的数据点进行压缩，每个DEM格网内保留一个距DEM格网中心最近的数据点；步骤A3.对DEM生成过程进行分块处理并构建地表DEM，根据相关地理信息将地表DEM保存为GeoTIFF栅格文件。
进一步地，所述地表DOM构建方法包括：步骤B1.通过激光扫描仪坐标系和相机坐标系之间的连接关系，建立坐标转换，将激光点云数据的三维坐标和相应的色彩值一一对应，即每个激光点云数据均具有三维坐标X、Y、Z值和R、G、B色彩值6个属性；步骤B2.在需构建的地表DOM每个网格内最多保留一个点提取颜色；步骤B3.通过边界分析，获取激光点云数据的凹包轮廓线，位于轮廓线内的网格填入颜色，位于轮廓线之外的网格不进行处理；其中对于要填入颜色的网格，如果网格内存在步骤B2中处理后的点，则填入此点的颜色信息，如果网格内不存在步骤B2中处理后的点，则使用最邻近插值法，获取并填入原始点云中与此网格最近的点的颜色信息；步骤B4.根据相关地理信息将地表DOM保存为GeoTIFF栅格文件。
作为一种优选方式，所述步骤C中，根据平面坐标属性X、Y，将地表DEM和地表DOM进行匹配融合，形成真彩色地表三维模型。
作为一种优选方式，所述步骤B2中，保留各网格内最高的点。
与现有技术相比，本发明以高密度、真彩色激光扫描点云数据为数据源，利用点云数据的三维坐标和RGB值分别构建地表DEM(数字高程模型)和地表DOM(正射影像图)，再将地表DOM和地表DEM进行融合，形成地表三维模型，该方法建立的地表模型具有精度高、数据量小、精细度高、真纹理(色彩)等特点，可为工程规划、设计、三维仿真等应用提供测绘地理信息资料。
附图说明
图1为点云数据图。
图2为地表DEM图。
图3为地表DOM图。
图4为地表DEM和DOM的匹配图。
图5为三维地表模型图。
具体实施方式
本发明的一实施例包括以下步骤：步骤A.构建地表DEM；步骤B.构建地表DOM；步骤C.将地表DOM和地表DEM进行融合，形成地表三维模型。
本发明对传统的分块、压缩技术进行了优化，实现了去噪、去植被等功能，针对不同的地形特征，提供了多种算法选择，提高了地表DEM的构建效率，保证了地表DEM的精度。所述地表DEM构建方法包括：步骤A1.通过点云编辑，获取构建范围内的点云数据，并剔除噪点等干扰信息、过滤植被信息，得到“干净”的地表点云数据；步骤A2.根据测区范围、DEM格网分辨率等参数，对各DEM格网内的数据点进行压缩，每个DEM格网内保留一个距DEM格网中心最近的数据点；步骤A3.对DEM生成过程进行分块处理(以提高运行效率)并选择适宜的插值方法构建地表DEM，根据相关地理信息将地表DEM保存为GeoTIFF栅格文件。
本发明核心是基于点云颜色信息的地表DOM的构建方法，提出了利用点云的色彩信息构建地表DOM，利用高密度点云数据，通过拟合、插补等技术，获取空洞处(点云稀少的区域)的色彩信息，最终形成完整的地表DOM。其中对点云数据不需进行抽稀，使用原始点云数据进行处理。
所述地表DOM构建方法包括：步骤B1.通过激光扫描仪坐标系和相机坐标系之间的连接关系，建立坐标转换，将激光点云数据的三维坐标和相应的色彩值(RGB值)一一对应，即每个激光点云数据均具有三维坐标X、Y、Z值和R、G、B色彩值等6个属性；步骤B2.根据测区范围、分辨率等参数，在需构建的地表DOM每个网格内最多保留一个点提取颜色；步骤B3.通过边界分析，获取激光点云数据的凹包轮廓线，位于轮廓线内的网格填入颜色，位于轮廓线之外的网格不进行处理；其中对于要填入颜色的网格，如果网格内存在步骤B2中处理后的点，则填入此点的颜色信息(RGB颜色)，如果网格内不存在步骤B2中处理后的点，则使用最邻近插值法，获取并填入原始点云中与此网格最近的点的颜色信息；步骤B4.根据相关地理信息将地表DOM保存为GeoTIFF栅格文件。
所述步骤C中，根据平面坐标属性X、Y，将地表DEM和地表DOM进行匹配融合，形成真彩色地表三维模型。
由于DOM是从上往下观察，所述步骤B2中，保留各网格内最高的点。
图1～图5反映了本发明地表三维模型的构建过程，分别为点云数据图、地表DEM图、地表DOM图、地表DEM和DOM的匹配图、三维地表模型图。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于激光点云数据的地表三维模型构建方法，包括以下步骤：
步骤A.构建地表DEM；
步骤B.构建地表DOM；
步骤C.将地表DOM和地表DEM进行融合，形成地表三维模型；
其特征在于，所述地表DEM构建方法包括：
步骤A1.通过点云编辑，获取构建范围内的点云数据，并剔除噪点信息和过滤植被信息；
步骤A2.对各DEM格网内的数据点进行压缩，每个DEM格网内保留一个距DEM格网中心最近的数据点；
步骤A3.对DEM生成过程进行分块处理并构建地表DEM，根据相关地理信息将地表DEM保存为GeoTIFF栅格文件；
所述地表DOM构建方法包括：
步骤B1.通过激光扫描仪坐标系和相机坐标系之间的连接关系，建立坐标转换，将激光点云数据的三维坐标和相应的色彩值一一对应，即每个激光点云数据均具有三维坐标X、Y、Z值和R、G、B色彩值6个属性；
步骤B2.在需构建的地表DOM每个网格内最多保留一个点提取颜色；
步骤B3.通过边界分析，获取激光点云数据的凹包轮廓线，位于轮廓线内的网格填入颜色，位于轮廓线之外的网格不进行处理；其中对于要填入颜色的网格，如果网格内存在步骤B2中处理后的点，则填入此点的颜色信息，如果网格内不存在步骤B2中处理后的点，则使用最邻近插值法，获取并填入原始点云中与此网格最近的点的颜色信息；
步骤B4.根据相关地理信息将地表DOM保存为GeoTIFF栅格文件。
2.如权利要求1所述的基于激光点云数据的地表三维模型构建方法，其特征在于，所述步骤C中，根据平面坐标属性X、Y，将地表DEM和地表DOM进行匹配融合，形成真彩色地表三维模型。
3.如权利要求1所述的基于激光点云数据的地表三维模型构建方法，其特征在于，所述步骤B2中，保留各网格内最高的点。
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