基于最小二乘法的建筑物特征點(diǎn)坐標(biāo)提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物體位置的測(cè)量方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于最小二乘法的建筑物特征點(diǎn)坐標(biāo)提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字城市建設(shè)的關(guān)鍵在于城市空間信息的獲取、管理和更新，城市空間信息具有位置性、多維性和時(shí)序性。數(shù)據(jù)是信息的載體，所以說(shuō)城市空間信息的位置性、多維性和時(shí)序性，決定了城市空間數(shù)據(jù)具有一定的位置精度、時(shí)間精度以及完整的空間坐標(biāo)和描述形式。因而，空間數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確是數(shù)字城市的關(guān)鍵技術(shù)，但是，現(xiàn)有技術(shù)中的建筑物坐標(biāo)提取方法提取的坐標(biāo)準(zhǔn)確度較低。
[0003]地理對(duì)象的特征點(diǎn)坐標(biāo)是地圖表達(dá)的關(guān)鍵因素之一。高精度確定其坐標(biāo)參數(shù)是傳統(tǒng)測(cè)繪的主要內(nèi)容。現(xiàn)有技術(shù)主要有直接測(cè)繪法和間接測(cè)繪法。直接測(cè)繪法要求在被測(cè)建筑物角點(diǎn)設(shè)立反光棱鏡等合作對(duì)象或者安置衛(wèi)星信號(hào)接收天線，外業(yè)量大且效率低下，對(duì)不易到達(dá)的建筑物角點(diǎn)則難以保證精度，盡管免棱鏡測(cè)繪儀器可以獲取數(shù)據(jù)但精度偏低；間接測(cè)繪法是利用恢復(fù)影像數(shù)據(jù)的空間幾何關(guān)系，在虛擬模型上進(jìn)行各種量測(cè)，但由于影像的縮小倍率、幾何關(guān)系的恢復(fù)精度、操作人員的判斷誤差等，都直接影響到測(cè)繪成果的精度。上述兩種途徑都是建立在人工判斷的基礎(chǔ)上的，直接法如果無(wú)法到達(dá)角點(diǎn)則導(dǎo)致數(shù)據(jù)有誤，且缺乏檢測(cè)數(shù)據(jù)保障質(zhì)量；間接法測(cè)量需要用測(cè)標(biāo)目估切準(zhǔn)模型，需要平移旋轉(zhuǎn)模型，用變換觀察角度的方式驗(yàn)證切準(zhǔn)情況，該作業(yè)模式效率低下，質(zhì)量無(wú)法保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于最小二乘法的建筑物特征點(diǎn)坐標(biāo)提取方法，所述方法通過(guò)使用最小二乘法算法，提高了建筑物坐標(biāo)確定的準(zhǔn)確性，從而避免了人工提取時(shí)的效率低下、不準(zhǔn)確、需要旋轉(zhuǎn)模型檢查捕捉是否準(zhǔn)確等弊端。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于最小二乘法的建筑物特征點(diǎn)坐標(biāo)提取方法，所述方法包括以下步驟:
[0006](I)通過(guò)激光掃描裝置獲取被測(cè)建筑物的外業(yè)掃描數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)代表了建筑物對(duì)激光束的反射腳點(diǎn)信息，包括角度、距離、強(qiáng)度等信息；
[0007](2)將獲取的被測(cè)物的掃描數(shù)據(jù)解算至設(shè)定坐標(biāo)系的點(diǎn)云成果數(shù)據(jù)，一般包括激光腳點(diǎn)的三維坐標(biāo)和其它附加信息；
[0008](3)探找出點(diǎn)云數(shù)據(jù)中直立墻面的水平面投影帶的最或是線段，根據(jù)直立墻面點(diǎn)云水平投影帶的點(diǎn)云分布，由于其不存在系統(tǒng)誤差的規(guī)律，依照最小二乘法則，探求出該墻面水平投影的最或是線段位置；
[0009](4)根據(jù)水平面投影線段間的垂直關(guān)系，計(jì)算兩相交線段的垂足或交點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0010](5)在計(jì)算時(shí)，依據(jù)最小二乘法原則，根據(jù)這些離散點(diǎn)云的平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)施直線擬合，從而確定該直立墻面的平面位置，并根據(jù)殘差統(tǒng)計(jì)求出擬合線段的精度情況；或根據(jù)擬合所得直線的位置，由于遮擋等形成的同一直立墻面水平投影線段產(chǎn)生中斷現(xiàn)象，進(jìn)行合并、連接等工作，進(jìn)而進(jìn)一步確定建筑物角點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0011]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:所述方法通過(guò)使用最小二乘法算法，提高了建筑物坐標(biāo)確定的準(zhǔn)確性，從而避免了人工提取時(shí)的效率低下、不準(zhǔn)確、需要旋轉(zhuǎn)模型檢查捕捉是否準(zhǔn)確等弊端。
【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0013]圖1是本發(fā)明方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0015]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類(lèi)似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種針對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)基于最小二乘法的建筑物特征點(diǎn)坐標(biāo)提取方法，通過(guò)激光掃描裝置對(duì)建筑物的各墻面進(jìn)行掃描，獲取第一手野外數(shù)據(jù)，基本數(shù)據(jù)至少包括各掃描儀器中心至激光腳點(diǎn)的距離、反射強(qiáng)度以及各激光束的姿態(tài)角記錄值；通過(guò)基站數(shù)據(jù)和掃描裝置上的同步輔助設(shè)備記錄的數(shù)據(jù)解算得到所有激光腳點(diǎn)的三維坐標(biāo)，稱(chēng)為點(diǎn)云數(shù)據(jù)；根據(jù)直立墻面點(diǎn)云數(shù)據(jù)形成的平面投影帶，按照最小二乘法則，求出墻面平面水平投影的線段位置；按照建筑物角點(diǎn)是相臨墻面相交形成的道理，根據(jù)上述方法確定的線段交點(diǎn)或者延長(zhǎng)相交得到房角的坐標(biāo)。
[0017]為了方便對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面結(jié)合附圖1對(duì)其詳細(xì)進(jìn)行說(shuō)明。
[0018]步驟1:通過(guò)激光掃描裝置獲取被測(cè)建筑物的掃描數(shù)據(jù)；
[0019]具體的，通過(guò)激光掃描裝置掃描被測(cè)物的數(shù)據(jù)。從而能夠準(zhǔn)確的獲取被測(cè)物的掃描數(shù)據(jù)；
[0020]步驟2:將獲取的被測(cè)物的掃描數(shù)據(jù)解算至設(shè)定坐標(biāo)系的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0021 ] 具體的，該坐標(biāo)系為中國(guó)國(guó)標(biāo)統(tǒng)一的坐標(biāo)系或者項(xiàng)目指定坐標(biāo)系，從而使得測(cè)繪出的鉛垂面投影線具有通用性，可以轉(zhuǎn)化到其他的設(shè)備上。
[0022]步驟3:探找出直立平面水平面投影線段的算法；
[0023]具體的，通過(guò)對(duì)激光掃描裝置的數(shù)據(jù)處理，自動(dòng)探找出直立平面在水平面投影線段的算法，主要根據(jù)最小二乘法則求出直立平面水平投影線段的最或是位置。
[0024]步驟4 ;根據(jù)直立平面水平投影線段間的垂直關(guān)系，計(jì)算垂足或交點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0025]具體的，在計(jì)算時(shí)，根據(jù)投影線段所在直線的延長(zhǎng)相交或垂足點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算來(lái)獲得建筑物特征點(diǎn)的位置坐標(biāo)。
[0026]通過(guò)上述方法可以看出，本發(fā)明提供的算法，在獲取被測(cè)建筑物特征點(diǎn)的位置時(shí)，根據(jù)最小二乘法則，鄰近的垂直關(guān)系的擬合線段的交點(diǎn)計(jì)算。本發(fā)明的有益效果為:自動(dòng)完成，算法符合測(cè)繪誤差基本理論，提高人工提取時(shí)的效率低下、不準(zhǔn)確、需要旋轉(zhuǎn)模型檢查捕捉是否準(zhǔn)確等弊端。
[0027]所述方法通過(guò)使用最小二乘法算法，提高了建筑物坐標(biāo)確定的準(zhǔn)確性，從而避免了人工提取時(shí)的效率低下、不準(zhǔn)確、需要旋轉(zhuǎn)模型檢查捕捉是否準(zhǔn)確等弊端。
[0028]點(diǎn)云數(shù)據(jù)提供了大量的冗余數(shù)據(jù)，利用這些冗余數(shù)據(jù)根據(jù)最小二乘法則求取建筑物特征點(diǎn)的坐標(biāo)，既有效利用了大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，又提高了坐標(biāo)表達(dá)建筑物特征點(diǎn)的準(zhǔn)確度，同時(shí)也大大提高了工作效率。計(jì)算機(jī)算法的程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，減輕了工作強(qiáng)度，減小了工作量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于最小二乘法的建筑物特征點(diǎn)坐標(biāo)提取方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: (1)通過(guò)激光掃描裝置獲取被測(cè)建筑物的外業(yè)掃描數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)代表了建筑物對(duì)激光束的反射腳點(diǎn)信息，包括角度、距離、強(qiáng)度等信息； (2)將獲取的被測(cè)物的掃描數(shù)據(jù)解算至設(shè)定坐標(biāo)系的點(diǎn)云成果數(shù)據(jù)，一般包括激光腳點(diǎn)的三維坐標(biāo)和其它附加信息； (3)探找出點(diǎn)云數(shù)據(jù)中直立墻面的水平面投影帶的最或是線段，根據(jù)直立墻面點(diǎn)云水平投影帶的點(diǎn)云分布，由于其不存在系統(tǒng)誤差的規(guī)律，依照最小二乘法則，探求出該墻面水平投影的最或是線段位置； (4)根據(jù)水平面投影線段間的垂直關(guān)系，計(jì)算兩相交線段的垂足或交點(diǎn)的坐標(biāo)； (5)在計(jì)算時(shí)，依據(jù)最小二乘法原則，根據(jù)這些離散點(diǎn)云的平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)施直線擬合，從而確定該直立墻面的平面位置，并根據(jù)殘差統(tǒng)計(jì)求出擬合線段的精度情況；或根據(jù)擬合所得直線的位置，由于遮擋等形成的同一直立墻面水平投影線段產(chǎn)生中斷現(xiàn)象，進(jìn)行合并、連接等工作，進(jìn)而進(jìn)一步確定建筑物角點(diǎn)的坐標(biāo)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于最小二乘法的建筑物特征點(diǎn)坐標(biāo)提取方法，涉及物體位置的測(cè)量方法技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：通過(guò)激光掃描裝置獲取被測(cè)物的掃描原始數(shù)據(jù)；將獲取的被測(cè)物的掃描原始數(shù)據(jù)解算至設(shè)定的坐標(biāo)系的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；根據(jù)建筑物直立墻面的點(diǎn)云平面投影所形成的帶狀區(qū)域用最小二乘法則求出水平投影線段的最或是位置；根據(jù)探找出的豎面計(jì)算被測(cè)物所在的坐標(biāo)系的平面位置，在計(jì)算時(shí)，根據(jù)最小二乘法則，根據(jù)離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)擬合線段的平面位置，并根據(jù)殘差統(tǒng)計(jì)求出擬合線段的精度情況；根據(jù)線段的端點(diǎn)或者互為垂直線段延長(zhǎng)交點(diǎn)，確定建筑物角點(diǎn)的坐標(biāo)。所述方法提高了建筑物特征點(diǎn)坐標(biāo)提取的效率和準(zhǔn)確度。
【IPC分類(lèi)】G01C11-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104697502
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510013134
【發(fā)明人】關(guān)艷玲, 左建章, 楊鐵利, 王留召, 郟衛(wèi)萍
【申請(qǐng)人】中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月9日