技術(shù)特征：

1.基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的建筑線畫圖生成方法，其特征是包括以下步驟：

（1）提取建筑外邊界和孔洞邊界；

（2）優(yōu)化分割建筑內(nèi)外邊界線；

（3）構(gòu)建建筑線畫圖。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的建筑線畫圖生成方法，其特征是所述步驟（1）提取建筑外邊界和孔洞邊界,具體包括如下步驟：

①首先利用alpha shape算法提取建筑外邊界點(diǎn)和孔洞邊界點(diǎn)，之所以選擇alpha shape算法是因?yàn)橥ㄟ^調(diào)整參數(shù)α值，能夠方便控制生成邊界的“厚度”，能夠充分保持邊界細(xì)節(jié)，但這些建筑內(nèi)外邊界點(diǎn)僅僅是一堆無組織的離散點(diǎn)，不具備點(diǎn)序間的順序或者逆序拓?fù)洌?/p>

②構(gòu)建MST，組織上述離散點(diǎn)，在構(gòu)建MST過程中，邊的權(quán)重考慮了朝向和歐式距離兩種因素；

③從MST中查找所有度為1的節(jié)點(diǎn)作為起始點(diǎn)，

(A)

其中B_i¹和B_i^|Bi|分別為當(dāng)前邊界B_i的起止點(diǎn)，為B_i的起止點(diǎn)間距，表示B_i的長度，ρ為點(diǎn)云平均點(diǎn)密度，N為提取邊界包含的最少點(diǎn)數(shù)，直觀上，在滿足約束條件的前提下，提取邊界越長，首尾間距越短，目標(biāo)函數(shù)（A）越趨于最小化；

搜索使目標(biāo)函數(shù)（A）中B_i最小化時所對應(yīng)的深度子樹，將該深度子樹作為唯一的建筑外邊界，在求解建筑外邊界時，最小化B_i往往對應(yīng)MST中的最大深度子樹；

④仍依據(jù)公式（A），從剩余未被標(biāo)記的MST節(jié)點(diǎn)中遍歷潛在內(nèi)部孔洞邊界，該過程遞歸執(zhí)行，直至所有潛在孔洞邊界提取完畢。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的建筑線畫圖生成方法，其特征是所述步驟（2）優(yōu)化分割建筑內(nèi)外邊界線，具體方法如下：

給定任意一條建筑內(nèi)外邊界線，通過最優(yōu)化點(diǎn)標(biāo)記過程F，將其分割為m條邊界段L={L₁,L₂,…,L_m}，任意L_i由p_i¹,p_i²,…, p_iⁿⁱ點(diǎn)集構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)分割后邊界段標(biāo)號連續(xù)，且與真實(shí)建筑內(nèi)外邊線走向具有一致性，設(shè)計(jì)目標(biāo)能量優(yōu)化函數(shù)如下：

(B)

其中，E_alignment=E_distance+E_direction

(C)

其中，,為點(diǎn)到潛在分割直線段的歐式距離，初始分割段標(biāo)號由RANSAC算法提供，E_distance懲罰點(diǎn)到所屬邊界直線段距離的不一致性，距離越遠(yuǎn)，懲罰越大；

(D)

其中為p_i^j的方向向量，N_Li為分割后邊界段L_i的法向量，為向量點(diǎn)乘符號，E_direction懲罰當(dāng)前點(diǎn)正切方向和分割后的邊界直線段方向向量的不一致性，若二者偏離越大，相應(yīng)懲罰也越大；

針對平滑項(xiàng)而言，由于建筑內(nèi)外邊界線提取算法已經(jīng)將建筑內(nèi)外邊界點(diǎn)連接為具有前后相接的邊界環(huán)，因此在進(jìn)一步分割建筑內(nèi)外邊界段時，對當(dāng)前點(diǎn)進(jìn)行平滑僅考慮其前后相連的兩結(jié)點(diǎn)，如果當(dāng)前點(diǎn)和前后兩結(jié)點(diǎn)標(biāo)號不一致時，距離越近，對當(dāng)前點(diǎn)標(biāo)號懲罰越大，優(yōu)化方程如下：

(E)

其中，F(p_i^j)為對點(diǎn)p_i^j實(shí)施的標(biāo)號過程，為示性函數(shù)；

如果僅僅利用E_alignment和E_smooth兩項(xiàng)分割建筑內(nèi)外邊界線，往往會產(chǎn)生過分割，為盡可能保證分割后建筑內(nèi)外邊界段與真實(shí)屋頂相一致，限制產(chǎn)生過多瑣碎的分割邊界段，在優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)(B)中增加保真項(xiàng)：

(F)

其中，|L_i|為邊界段中包含點(diǎn)的數(shù)量，Maximum|L_i|為邊界段集合L中最長邊界段所含點(diǎn)數(shù)，E_fidelity懲罰較小尺寸邊界段，并將其與其余較大尺寸邊界段合并，以減少標(biāo)號的數(shù)目，由于保真項(xiàng)目的引入，雖然在一定程度上解決了過分割問題，但是仍會出現(xiàn)較小尺寸的面片邊界被合并到物理空間不連續(xù)的其他邊界段中，即所謂的“欠分割”現(xiàn)象；

為解決由于E_fidelity帶來的“欠分割”效應(yīng)，針對標(biāo)號后的邊界段，構(gòu)建無向圖，然后在無向圖中聚類連續(xù)標(biāo)號，從而實(shí)現(xiàn)邊界段的再標(biāo)號，此時得到的邊界段，為最終建筑內(nèi)外邊界線分割線段，為求解目標(biāo)函數(shù)（B）采用alpha-expansion算法，將求解公式（B）轉(zhuǎn)化為求解圖結(jié)構(gòu)中最大流最小割問題，邊界點(diǎn)的初始標(biāo)號由RANSAC算法提供，ω_a，ω_s和ω_f的初始值設(shè)為相同值，且滿足ω_a+ω_s+ω_f=1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的建筑線畫圖生成方法，其特征是所述步驟（3）構(gòu)建建筑線畫圖，具體包括以下步驟：

1）提取建筑內(nèi)外邊界線關(guān)鍵點(diǎn)；

2）線畫圖中建筑外邊界和內(nèi)部孔洞邊界線的組合；

3）局部區(qū)域屋頂邊界的對齊處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的建筑線畫圖生成方法，其特征是所述步驟1）提取建筑內(nèi)外邊界線關(guān)鍵點(diǎn)，方法如下：

① 利用無向圖組織標(biāo)記后的邊界段，依據(jù)點(diǎn)標(biāo)號，聚類得到具有點(diǎn)序拓?fù)涞倪吔缍渭希?/p>

② 通過最小二乘擬合每條邊界段，并得到相應(yīng)直線參數(shù)和擬合殘差，擬合殘差反應(yīng)了擬合直線的可靠程度，如果擬合殘差小于可靠度閾值，將當(dāng)前邊界段的起止點(diǎn)及其在擬合直線上的投影點(diǎn)存入查找表；如大于可靠度閾值，將當(dāng)前邊界段包含的所有點(diǎn)均存入查找表；所述查找表為包含原始點(diǎn)和投影點(diǎn)映射關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果原始點(diǎn)未被投影，則二者保持一致。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的建筑線畫圖生成方法，其特征是所述步驟2）線畫圖中建筑外邊界和內(nèi)部孔洞邊界線的組合：為滿足對矢量數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)要求，建筑唯一的外邊界需要按照順序拓?fù)溥M(jìn)行組織，如果建筑存在多條潛在的孔洞內(nèi)邊界，需要對內(nèi)部孔洞邊界線按照逆序拓?fù)溥M(jìn)行組織，同時需要搜索出內(nèi)部孔洞邊界所依附的建筑外邊界，即對建筑外邊界而言其與內(nèi)邊界之間為一對多的關(guān)系，而針對每條內(nèi)邊界而言，其相對于建筑外邊界為一對一的關(guān)系。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的建筑線畫圖生成方法，其特征是所述步驟3）局部區(qū)域屋頂邊界的對齊處理：

由于建筑在局部區(qū)域表現(xiàn)出很強(qiáng)的格式塔布局，往往局部區(qū)域的多幢建筑在建筑朝向上具有一致性，因此針對單幢建筑應(yīng)該使得邊界忠實(shí)擬合邊界外，同時對于周圍的多幢建筑也應(yīng)該使得他們之間具有一致性；因此求取當(dāng)前建筑及其周邊建筑多幢建筑的主方向，如果當(dāng)前建筑的邊界與周邊多幢建筑的主方向具有一致性，需要將當(dāng)前建筑的主方向調(diào)整至周邊建筑的共同主方向，求解局部區(qū)域建筑群主方向，建筑群邊界在與本身朝向方向和與朝向相互正交的兩個方向上具有最小投影，建筑群的的主要邊界決定了建筑朝向，因此通過對建筑群外邊界在兩個朝向方向上的投影做環(huán)路積分求得該方向d，目標(biāo)方程如下：

(G)

其中表示建筑外邊界多邊形的線段方向，F為建筑外邊界點(diǎn)集，|F|表示該集合中點(diǎn)的數(shù)目，表示主方向d的正交方向，為向量點(diǎn)乘符號。