機(jī)載LIDAR技術(shù)在城市建筑物高度分級(jí)中的應(yīng)用

本文以濾波后的機(jī)載lidar非地面點(diǎn)集作為數(shù)據(jù)源,提出了基于平面擬合及法向量的區(qū)域生長建筑物分類算法,剔除了大量的非建筑物點(diǎn)集,但在這些點(diǎn)云中仍存在少量非建筑物點(diǎn),為了精確去除非建筑物點(diǎn),分割出每個(gè)建筑物點(diǎn)集,提出了基于點(diǎn)集特征約束的建筑物分割算法,依據(jù)點(diǎn)數(shù)、點(diǎn)集離地面平均高度及平面面積特征分割每個(gè)建筑物,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法可完整去除非建筑物點(diǎn),具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市的快速擴(kuò)張,以及交通運(yùn)輸量的日益增長,高速公路路網(wǎng)承載空間日趨飽和。相比新建公路,改擴(kuò)建項(xiàng)目的建造、占地成本相對(duì)較低,是目前解決路網(wǎng)壓力的有效方式之一。高速公路改擴(kuò)建是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工程項(xiàng)目,在設(shè)計(jì)施工前,需要對(duì)原有公路及兩側(cè)一定帶寬范圍內(nèi)的地形地貌進(jìn)行詳細(xì)勘測。本文基于高速公路改擴(kuò)建的技術(shù)要求,開展車載移動(dòng)測量和機(jī)載lidar系統(tǒng)相結(jié)合的雙系統(tǒng)測量的應(yīng)用研究。

星載高分辨率光學(xué)圖像與sar圖像廣泛應(yīng)用于城市建筑物高度提取,但光學(xué)圖像存在缺少相關(guān)衛(wèi)星參數(shù)的情況,而sar圖像則存在散射特征不完整以及提取效率低等缺陷。針對(duì)以上問題,本文提出一種聯(lián)合高分辨率星載光學(xué)與sar圖像的城市大面積建筑物高度快速提取方法。首先,結(jié)合支持向量機(jī)(svm)和形態(tài)學(xué)陰影指數(shù)(msi)快速提取光學(xué)圖像中的陰影并自動(dòng)測量陰影長度;之后選擇多個(gè)合適樣本,基于模型匹配法從sar圖像中提取高度;最后將高度與陰影長度作線性回歸分析,建立數(shù)學(xué)模型來提取其他建筑物的高度。該方法將不同衛(wèi)星系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和特征相結(jié)合,互相彌補(bǔ)各自缺陷,不僅提高了效率、降低了成本,同時(shí)滿足精度要求。

城市景觀越來越被人們所關(guān)注,特別是在城市中的風(fēng)景名勝區(qū)和歷史傳統(tǒng)街區(qū)內(nèi)的景觀。所以我們在做城市規(guī)劃或設(shè)計(jì)時(shí),景觀規(guī)劃和景觀設(shè)計(jì)已經(jīng)必不可少。筆者研究了國內(nèi)外一些城市景觀規(guī)劃中的建筑物高度控制的原則和方法,結(jié)合自己的想法,探討如何通過建筑物高度的控制來形成良好的城市景觀。希望能為我們控制性詳細(xì)規(guī)劃中建筑物高度控制提供參考。

針對(duì)目前機(jī)載lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)存在的數(shù)據(jù)組織效率低下以及不利于查詢等問題,本文提出了一種基于體元的建筑物提取算法。首先,構(gòu)建體元模型實(shí)現(xiàn)機(jī)載lidar數(shù)據(jù)的真三維描述;然后,計(jì)算局部鄰域曲面擬合殘差,將殘差最小的體元視作種子體元;最后,根據(jù)局部鄰域法向量夾角準(zhǔn)則來實(shí)現(xiàn)種子體元的區(qū)域增長,從而獲得建筑物點(diǎn)。本文選取isprs公開的點(diǎn)云濾波測試數(shù)據(jù)中的8種復(fù)雜場景進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本文算法不僅原理簡單、容易實(shí)現(xiàn),而且具有較好的魯棒性,不會(huì)受地形以及建筑物類型和尺寸的限制,kappa系數(shù)達(dá)到80%以上,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜場景下建筑物的提取。

測量建筑物高度的最佳條件

提出了顧及多面片建筑物模型拓?fù)潢P(guān)系的邊界提取方法。針對(duì)多面片建筑物的特點(diǎn)并基于最小二乘法,設(shè)計(jì)了一套適合多面片建筑物的邊界規(guī)則化方法,并生成了3維建筑物模型。實(shí)驗(yàn)證明,本文方法對(duì)于多面片建筑物模型的3維自動(dòng)重建都是可行和有效的。

為解決機(jī)載lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)建筑物提取精度不高的問題,首先分析了現(xiàn)有的基于機(jī)載lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)的建筑物提取方法；然后綜合地形、樹木、建筑物密度等對(duì)建筑物提取的影響,以德國斯圖加特市法伊英根的lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)為例進(jìn)行了建筑物提取實(shí)驗(yàn)；最后對(duì)提取結(jié)果進(jìn)行了定量精度評(píng)定。結(jié)果表明,基于影像的機(jī)載lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)建筑物提取精度為93.1%；而基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)圖像的處理方法和基于delaunay三角剖分的方法受建筑物形狀和地形等限制較多,提取精度分別為87.6%和81.3%,說明基于影像的機(jī)載lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)建筑物提取方法的準(zhǔn)確性較高,限制性條件較少。

蘇科版初中數(shù)學(xué)教材九年級(jí)下冊安排了一次數(shù)學(xué)活動(dòng):測量建筑物的高度.在這次活動(dòng)之前；學(xué)生已經(jīng)學(xué)過了勾股定理、相似三角形、銳角三角函數(shù)等數(shù)學(xué)知識(shí).這是一次綜合實(shí)踐活動(dòng)；旨在讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)過的數(shù)學(xué)知識(shí)解決生活中的實(shí)際問題.這個(gè)過程可以提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；讓學(xué)生真正經(jīng)歷學(xué)以致用的過程；感悟數(shù)學(xué)知識(shí)有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值.下面我就這次活動(dòng)的組織情況及活動(dòng)后的一些思考記錄如下；與大家交流.

在進(jìn)行村鎮(zhèn)下采煤的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)二三層小樓房比同期建造的，且建筑材料和施工質(zhì)量相當(dāng)?shù)钠椒坑懈鼜?qiáng)的抗變形能力，這說明建筑物的寬高比在起作用，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象與“總變形指標(biāo)”的計(jì)算結(jié)果不相一致。

在進(jìn)行村鎮(zhèn)下采煤的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)二三層小樓房比同期建造的，且建筑材料和施工質(zhì)量相當(dāng)?shù)钠椒坑懈鼜?qiáng)的抗變形能力，這說明建筑物的寬高比在起作用，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象與“總變形指標(biāo)”的計(jì)算結(jié)果不相一致。

本文從建筑物下開采的實(shí)踐及力學(xué)方面的理論推導(dǎo)證明．在我國農(nóng)村居住的情況下，較高層的建筑物比平房具有更強(qiáng)的抗采動(dòng)能力。這對(duì)于解決村莊下開采時(shí)就地重建抗變形房的設(shè)計(jì)方案有參考價(jià)值。當(dāng)然此結(jié)論還要在建筑物下開采的實(shí)踐中及理論上做進(jìn)一步的驗(yàn)證

測量建筑物高度的最佳條件

本論文介紹了一種基于機(jī)載lidar技術(shù),快速獲取建筑物三維模型的快速構(gòu)建方法。首先,將高密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過濾波及相應(yīng)的數(shù)學(xué)算法,得到了建筑物的點(diǎn)云信息；其次,利用獲取到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)提取,分別構(gòu)建特征線與特征面,采用7參數(shù)建筑物模型的方法,實(shí)現(xiàn)了建筑物的三維建模；最終,利用這種方法得到了場景中所有建筑物的快速重建。

設(shè)計(jì)了一種采用多種策略的建筑腳點(diǎn)提取方法,針對(duì)建筑腳點(diǎn)提取中的兩個(gè)關(guān)鍵步驟———數(shù)據(jù)分類和建筑腳點(diǎn)分割,分別提出和引入了鄰近關(guān)系和r半徑點(diǎn)密度,從僅反映單次反射的dsm數(shù)據(jù)中,直接提取出建筑表面點(diǎn)。

懸高測量是測繪的一項(xiàng)重要高度檢測手段,本文重點(diǎn)介紹了懸高測量原理、雙測站法測量方式、懸高測量在城市中的應(yīng)用、測量結(jié)果計(jì)算以及對(duì)測量誤差進(jìn)行了討論和分析。結(jié)果表明懸高法測量建筑物高度精度較高。

關(guān)于測定建筑物高度的最佳幾何條件問題

針對(duì)insar在城市建筑物沉降監(jiān)測中的精度評(píng)估需求，以天津市市內(nèi)六區(qū)同步采集的sar數(shù)據(jù)、水準(zhǔn)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行兩者的差異性分析，提出采用距離加權(quán)法、沉降量指標(biāo)來實(shí)現(xiàn)兩者的時(shí)空一致性。在此基礎(chǔ)上參考建筑物沉降監(jiān)測的規(guī)范，以渤海大樓為例來對(duì)比分析insar測量、水準(zhǔn)測量的沉降量值，提出了insar技術(shù)可達(dá)到建筑物三級(jí)測量精度指標(biāo)。

機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)成為快速獲取城市建筑三維數(shù)字模型的有效手段,而建筑物屋頂點(diǎn)云提取則是建筑物三維數(shù)字模型重建的關(guān)鍵.為有效剔除植被和墻面點(diǎn)云,以及消除地形起伏對(duì)建筑點(diǎn)云提取精度的影響,提出一種層進(jìn)式屋頂點(diǎn)云提取方法.首先對(duì)lidar點(diǎn)云進(jìn)行濾波,在此基礎(chǔ)上利用點(diǎn)云回波特性和點(diǎn)云法向量檢測并刪除非地面點(diǎn)中特征明顯的植被點(diǎn)和建筑物墻面點(diǎn),然后利用連通成分分析法對(duì)非地面點(diǎn)聚類得到初始建筑點(diǎn),最后結(jié)合dtm并利用建筑物面積和高度信息分離得到建筑物屋頂點(diǎn)云.試驗(yàn)結(jié)果表明,本方法能有效地從機(jī)載點(diǎn)云數(shù)據(jù)中快速提取建筑屋頂點(diǎn)云,有效率可達(dá)85%以上.

介紹機(jī)載激光雷達(dá)的基本原理、系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域,并成功應(yīng)用于長陽土家族自治縣城鎮(zhèn)土地調(diào)查中。實(shí)踐表明,lidar能夠顯著提高土地調(diào)查的效率,值得推廣。

本文從較為密集、地形地貌繁雜以及測量條件有限的小區(qū)建筑物為切入點(diǎn)；探索借助基于無人機(jī)傾斜測量的建筑物竣工測量技術(shù)；將無人機(jī)傾斜測量應(yīng)用在傳統(tǒng)的竣工測量項(xiàng)目中；提高竣工測量的效率；豐富竣工測量的成果；

本文與lidar測繪技術(shù)的概念相結(jié)合，針對(duì)其在工程測繪中的應(yīng)用進(jìn)行了研究分析，希望能為今后的相關(guān)工作提供參考。