本發(fā)明涉及高精度數(shù)字高程模型構(gòu)建的，具體地，涉及一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的陡坎線識(shí)別方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著激光雷達(dá)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以點(diǎn)云為代表的新型三維數(shù)據(jù)源在地理信息科學(xué)、遙感領(lǐng)域和林業(yè)資源管理中起著不可或缺的支撐作用。點(diǎn)云數(shù)據(jù)提供了豐富的三維地貌信息，對(duì)地表特征的自動(dòng)化識(shí)別成為一個(gè)重要的研究方向。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，采用dem構(gòu)建方法識(shí)別地表的自然起伏特征，但是對(duì)于漸變地形與突變地形交錯(cuò)分布、人工地形與自然地形混合分布的地表，現(xiàn)有的dem地形描述與應(yīng)用都存在嚴(yán)重的失真現(xiàn)象，形態(tài)保真度較低。究其原因在于上述地形存在大量的地形陡坎線，特別是在人類(lèi)活動(dòng)改造明顯的區(qū)域，例如河堤、道路邊線、農(nóng)田地塊邊界線、梯田邊界線等。這些邊界線是不同地物的邊界線，也是局部區(qū)域地表高程的突變線，往往線兩側(cè)呈現(xiàn)明顯的高程差。因此，要在這些區(qū)域進(jìn)行規(guī)則dem構(gòu)建，必須考慮上述各種邊界線對(duì)區(qū)域高程的影響，否則會(huì)造成構(gòu)建結(jié)果形態(tài)的明顯失真。

3、而在復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行陡坎線識(shí)別是一個(gè)復(fù)雜且具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，西安有技術(shù)中往往采用地形的高程差特點(diǎn)進(jìn)行陡坎線識(shí)別，不僅沒(méi)有考慮到地形的問(wèn)題，且容易與山脈等地理特征產(chǎn)生混淆，導(dǎo)致識(shí)別的精準(zhǔn)度極其低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的陡坎線識(shí)別方法及系統(tǒng)，用于提高陡坎線識(shí)別的效率及精準(zhǔn)度。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的陡坎線識(shí)別方法，包括：

3、獲取待識(shí)別地理區(qū)域?qū)?yīng)的若干個(gè)第一點(diǎn)云，并根據(jù)每一個(gè)所述第一點(diǎn)云的坐標(biāo)對(duì)若干個(gè)所述第一點(diǎn)云進(jìn)行排序；

4、計(jì)算排序后的每一個(gè)所述第一點(diǎn)云與相鄰點(diǎn)云間的高差值，并根據(jù)所述高差值從若干個(gè)所述第一點(diǎn)云中篩選出若干個(gè)第二點(diǎn)云；

5、對(duì)若干個(gè)所述第二點(diǎn)云進(jìn)行柵格化，以根據(jù)柵格化后形成的每一個(gè)柵格內(nèi)的所述第二點(diǎn)云構(gòu)建地面參考面，并基于所述地面參考面計(jì)算每一個(gè)所述第二點(diǎn)云對(duì)應(yīng)的地形坡度值；

6、根據(jù)所述地形坡度值從若干個(gè)所述第二點(diǎn)云中篩選出若干個(gè)陡坎點(diǎn)云；

7、根據(jù)點(diǎn)云間的水平距離及每一個(gè)所述陡坎點(diǎn)云的高程值對(duì)若干個(gè)所述陡坎點(diǎn)云進(jìn)行聚類(lèi)，獲得若干個(gè)陡坎點(diǎn)云簇；

8、根據(jù)若干個(gè)所述陡坎點(diǎn)云簇?cái)M合第一曲線，并計(jì)算所述第一曲線兩側(cè)一定范圍內(nèi)的高差值，以根據(jù)所述高差值調(diào)整所述第一曲線的方向，獲得第二曲線；

9、對(duì)所述第二曲線進(jìn)行簡(jiǎn)化，獲得所述待識(shí)別地理區(qū)域?qū)?yīng)的陡坎線。

10、本發(fā)明公開(kāi)了一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的陡坎線識(shí)別方法，在本方法中通過(guò)獲取待識(shí)別地理區(qū)域?qū)?yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行陡坎線的識(shí)別，以根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有詳細(xì)的三維信息準(zhǔn)確的擬合真實(shí)地形進(jìn)而提高所述識(shí)別的精準(zhǔn)度。在獲取到所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)后對(duì)所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，并根據(jù)相鄰點(diǎn)云間的高差值及地形坡度值從所述第一點(diǎn)云中篩選出用于陡坎線識(shí)別的陡坎點(diǎn)云，可通過(guò)融入高差和夾角來(lái)提高陡坎線識(shí)別的精準(zhǔn)度。

11、進(jìn)一步地，在識(shí)別出陡坎點(diǎn)云后，通過(guò)增加以水平距離和高程值為約束條件對(duì)所述陡坎點(diǎn)云進(jìn)行自動(dòng)聚類(lèi)，可以快速而準(zhǔn)確地識(shí)別出陡坎線的位置。通過(guò)曲線分割臨近點(diǎn)高差方法自動(dòng)調(diào)節(jié)曲線形狀，可以準(zhǔn)確的擬合真實(shí)地形，能夠提高陡坎線識(shí)別的效率和準(zhǔn)確性。

12、作為優(yōu)選例子，所述獲取待識(shí)別地理區(qū)域?qū)?yīng)的若干個(gè)第一點(diǎn)云，并根據(jù)每一個(gè)所述第一點(diǎn)云的坐標(biāo)對(duì)若干個(gè)所述第一點(diǎn)云進(jìn)行排序，包括：

13、采用形態(tài)學(xué)濾波對(duì)經(jīng)過(guò)掃描后獲得的所述待識(shí)別地理區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，獲得所述待識(shí)別地理區(qū)域?qū)?yīng)的若干個(gè)初始點(diǎn)云；

14、通過(guò)三維鄰域內(nèi)點(diǎn)密度約束方法對(duì)若干個(gè)所述初始點(diǎn)云進(jìn)行粗提取，獲得若干個(gè)所述第一點(diǎn)云；

15、對(duì)每一個(gè)所述第一點(diǎn)云進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，將每一個(gè)所述第一點(diǎn)云轉(zhuǎn)換為與所述待識(shí)別地理區(qū)域的切面方向一致的局部坐標(biāo)系下的初始第二點(diǎn)云；

16、根據(jù)每一個(gè)所述初始第二點(diǎn)云的橫坐標(biāo)將若干個(gè)所述初始第二點(diǎn)云進(jìn)行排序。

17、本發(fā)明對(duì)初始掃描獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，去除所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲，提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，緊接著對(duì)所述第一點(diǎn)云進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為待識(shí)別地理區(qū)域的切面方向一致的局部坐標(biāo)系下，以便于根據(jù)所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換對(duì)所述點(diǎn)云進(jìn)行排序，即根據(jù)地理位置對(duì)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，以根據(jù)點(diǎn)云間的高差值對(duì)所述第一點(diǎn)云進(jìn)行初步的篩選，提高陡坎線識(shí)別的精準(zhǔn)度及效率。

18、作為優(yōu)選例子，所述計(jì)算排序后的每一個(gè)所述第一點(diǎn)云與相鄰點(diǎn)云間的高差值，并根據(jù)所述高差值從若干個(gè)所述第一點(diǎn)云中篩選出若干個(gè)第二點(diǎn)云，包括：

19、根據(jù)預(yù)設(shè)的距離間隔從排序后的若干個(gè)所述初始第二點(diǎn)云中進(jìn)行間隔采樣，獲得若干個(gè)采樣點(diǎn)云；

20、根據(jù)每一個(gè)所述采樣點(diǎn)云的縱坐標(biāo)計(jì)算相鄰兩個(gè)所述采樣點(diǎn)云間的高差值，并將所述高差值與預(yù)設(shè)的高差閾值進(jìn)行比較，以根據(jù)所述比較的結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)云的篩選；

21、當(dāng)所述高差值大于所述高差閾值時(shí)，將當(dāng)前所述采樣點(diǎn)云對(duì)應(yīng)的第一點(diǎn)云作為所述第二點(diǎn)云。

22、本發(fā)明基于陡坎點(diǎn)與其相鄰點(diǎn)云間高程不連續(xù)，故采用高差值識(shí)別陡坎點(diǎn)，提高識(shí)別的效率。

23、作為優(yōu)選例子，所述對(duì)若干個(gè)所述第二點(diǎn)云進(jìn)行柵格化，以根據(jù)柵格化后形成的每一個(gè)柵格內(nèi)的所述第二點(diǎn)云構(gòu)建地面參考面，包括：

24、將若干個(gè)所述第二點(diǎn)云進(jìn)行柵格化，形成若干個(gè)柵格；

25、遍歷每一個(gè)所述柵格內(nèi)的所述第二點(diǎn)云，獲得每一個(gè)所述柵格對(duì)應(yīng)的最低位置點(diǎn)云；

26、根據(jù)所述最低位置點(diǎn)云進(jìn)行tps插值構(gòu)建所述地面參考面。

27、本發(fā)明將所述第二點(diǎn)云進(jìn)行柵格化，以使根據(jù)柵格內(nèi)的最低點(diǎn)構(gòu)建地面參考面，便于后續(xù)根據(jù)所述地面參考面計(jì)算各個(gè)點(diǎn)云的坡度，進(jìn)而根據(jù)所述坡度進(jìn)行陡坎點(diǎn)的進(jìn)一步識(shí)別，提高識(shí)別的精準(zhǔn)度。

28、作為優(yōu)選例子，所述根據(jù)所述地形坡度值從若干個(gè)所述第二點(diǎn)云中篩選出若干個(gè)陡坎點(diǎn)云，包括：

29、根據(jù)所述地形坡度值計(jì)算相鄰兩個(gè)所述第二點(diǎn)云間的坡度夾角，并將所述坡度夾角與預(yù)設(shè)的夾角閾值進(jìn)行比較；

30、當(dāng)所述坡度夾角大于所述夾角閾值時(shí)，則將當(dāng)前對(duì)應(yīng)的所述第二點(diǎn)云確定為所述陡坎點(diǎn)云。

31、本發(fā)明基于高程差識(shí)別方法局限于局部區(qū)域，對(duì)于復(fù)雜地形或大范圍區(qū)域的陡坎點(diǎn)識(shí)別效果較差的技術(shù)問(wèn)題，因此引入坡度角進(jìn)一步識(shí)別陡坎點(diǎn)，提高所述陡坎點(diǎn)云識(shí)別的精準(zhǔn)度。

32、作為優(yōu)選例子，所述根據(jù)點(diǎn)云間的水平距離及每一個(gè)所述陡坎點(diǎn)云的高程值對(duì)若干個(gè)所述陡坎點(diǎn)云進(jìn)行聚類(lèi)，獲得若干個(gè)陡坎點(diǎn)云簇，包括：

33、從若干個(gè)所述陡坎點(diǎn)云中隨機(jī)選擇多個(gè)點(diǎn)云作為簇心，以構(gòu)建多個(gè)初始陡坎點(diǎn)云簇；

34、遍歷若干個(gè)所述陡坎點(diǎn)云，分別計(jì)算每一個(gè)所述陡坎點(diǎn)云與每一個(gè)所述簇心的水平距離，并根據(jù)所述水平距離將每一個(gè)所述陡坎點(diǎn)云分配到對(duì)應(yīng)的初始陡坎點(diǎn)云簇，獲得若干個(gè)第一陡坎點(diǎn)云簇；

35、計(jì)算每一個(gè)所述第一陡坎點(diǎn)云簇的均值，并根據(jù)所述均值更新所述簇心；

36、根據(jù)預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)，重復(fù)執(zhí)行所述陡坎點(diǎn)云的分配過(guò)程及所述簇心的更新過(guò)程，獲得若干個(gè)第一陡坎點(diǎn)云簇。

37、本發(fā)明首先基于點(diǎn)云間的水平距離進(jìn)行點(diǎn)云的聚類(lèi)，便于快速地識(shí)別陡坎線的位置，以使后續(xù)進(jìn)行曲線的擬合。

38、作為優(yōu)選例子，所述根據(jù)點(diǎn)云間的水平距離及每一個(gè)所述陡坎點(diǎn)云的高程值對(duì)若干個(gè)所述陡坎點(diǎn)云進(jìn)行聚類(lèi)，獲得若干個(gè)陡坎點(diǎn)云簇，包括：

39、遍歷每一個(gè)所述第一陡坎點(diǎn)云簇里的所有所述陡坎點(diǎn)云，以計(jì)算每一個(gè)所述第一陡坎點(diǎn)云簇對(duì)應(yīng)的平均高度值；

40、從所述第一陡坎點(diǎn)云簇中清除高度值小于或等于所述平均高度值的陡坎點(diǎn)云，獲得所述陡坎點(diǎn)云簇。

41、本發(fā)明利用簇的高程與點(diǎn)云的高程的區(qū)間從所述簇中清除異常點(diǎn)云，降低后續(xù)陡坎線擬合的數(shù)據(jù)量，提高陡坎線識(shí)別的效率。

42、作為優(yōu)選例子，所述根據(jù)若干個(gè)所述陡坎點(diǎn)云簇?cái)M合第一曲線，并計(jì)算所述第一曲線兩側(cè)一定范圍內(nèi)的高差值，以根據(jù)所述高差值調(diào)整所述第一曲線的方向，獲得第二曲線，包括：

43、遍歷若干個(gè)所述陡坎點(diǎn)云簇，獲得若干個(gè)第一陡坎點(diǎn)云；

44、根據(jù)所述第一陡坎點(diǎn)云，通過(guò)預(yù)設(shè)的曲線擬合模型及最小二乘法擬合所述第一曲線及獲得所述第一曲線對(duì)應(yīng)的曲線點(diǎn)云集；

45、遍歷所述曲線點(diǎn)云集，獲取每一個(gè)曲線點(diǎn)云附近一定范圍內(nèi)的點(diǎn)云集，并根據(jù)所述點(diǎn)云集計(jì)算當(dāng)前曲線點(diǎn)云與下一個(gè)曲線點(diǎn)云之間的向量；

46、根據(jù)所述向量將所述曲線點(diǎn)云集分割為左曲線點(diǎn)云集和右曲線點(diǎn)云集，并計(jì)算所述左曲線點(diǎn)云集對(duì)應(yīng)的第一平均高度值和所述右曲線點(diǎn)云集對(duì)應(yīng)的第二平均高度值；

47、計(jì)算所述第一平均高度值和所述第二平均高度值的高差值，以根據(jù)所述高差值調(diào)整所述第一曲線的方向。

48、本發(fā)明通過(guò)最小二乘法擬合曲線，提高曲線擬合的效率及精準(zhǔn)度，進(jìn)一步地，利用了曲線分割臨近點(diǎn)高差法，來(lái)計(jì)算曲線兩邊的高度差，同時(shí)結(jié)合繪圖規(guī)則中的左低右高原則來(lái)對(duì)曲線方向進(jìn)行調(diào)整，以確保曲線方向的準(zhǔn)確性和符合繪圖規(guī)則的要求，提高識(shí)別的精準(zhǔn)度。

49、另一方面，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的陡坎線識(shí)別系統(tǒng)，包括點(diǎn)云采集模塊、點(diǎn)云篩選模塊、坡度計(jì)算模塊、陡坎篩選模塊、點(diǎn)云聚類(lèi)模塊、曲線擬合模塊及曲線簡(jiǎn)化模塊；

50、所述點(diǎn)云采集模塊用于獲取待識(shí)別地理區(qū)域?qū)?yīng)的若干個(gè)第一點(diǎn)云，并根據(jù)每一個(gè)所述第一點(diǎn)云的坐標(biāo)對(duì)若干個(gè)所述第一點(diǎn)云進(jìn)行排序；

51、所述點(diǎn)云篩選模塊用于計(jì)算排序后的每一個(gè)所述第一點(diǎn)云與相鄰點(diǎn)云間的高差值，并根據(jù)所述高差值從若干個(gè)所述第一點(diǎn)云中篩選出若干個(gè)第二點(diǎn)云；

52、所述坡度計(jì)算模塊用于對(duì)若干個(gè)所述第二點(diǎn)云進(jìn)行柵格化，以根據(jù)柵格化后形成的每一個(gè)柵格內(nèi)的所述第二點(diǎn)云構(gòu)建地面參考面，并基于所述地面參考面計(jì)算每一個(gè)所述第二點(diǎn)云對(duì)應(yīng)的地形坡度值；

53、所述陡坎篩選模塊用于根據(jù)所述地形坡度值從若干個(gè)所述第二點(diǎn)云中篩選出若干個(gè)陡坎點(diǎn)云；

54、所述點(diǎn)云聚類(lèi)模塊用于根據(jù)點(diǎn)云間的水平距離及每一個(gè)所述陡坎點(diǎn)云的高程值對(duì)若干個(gè)所述陡坎點(diǎn)云進(jìn)行聚類(lèi)，獲得若干個(gè)陡坎點(diǎn)云簇；

55、所述曲線擬合模塊用于根據(jù)若干個(gè)所述陡坎點(diǎn)云簇?cái)M合第一曲線，并計(jì)算所述第一曲線兩側(cè)一定范圍內(nèi)的高差值，以根據(jù)所述高差值調(diào)整所述第一曲線的方向，獲得第二曲線；

56、所述曲線簡(jiǎn)化模塊用于對(duì)所述第二曲線進(jìn)行簡(jiǎn)化，獲得所述待識(shí)別地理區(qū)域?qū)?yīng)的陡坎線。

57、本發(fā)明公開(kāi)了一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的陡坎線識(shí)別系統(tǒng)，在本系統(tǒng)中通過(guò)獲取待識(shí)別地理區(qū)域?qū)?yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行陡坎線的識(shí)別，以根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有詳細(xì)的三維信息準(zhǔn)確的擬合真實(shí)地形進(jìn)而提高所述識(shí)別的精準(zhǔn)度。在獲取到所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)后對(duì)所述第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，并根據(jù)相鄰點(diǎn)云間的高差值及地形坡度值從所述第一點(diǎn)云中篩選出用于陡坎線識(shí)別的陡坎點(diǎn)云，可通過(guò)融入高差和夾角來(lái)提高陡坎線識(shí)別的精準(zhǔn)度。

58、進(jìn)一步地，在識(shí)別出陡坎點(diǎn)云后，通過(guò)增加以水平距離和高程值為約束條件對(duì)所述陡坎點(diǎn)云進(jìn)行自動(dòng)聚類(lèi)，可以快速而準(zhǔn)確地識(shí)別出陡坎線的位置。通過(guò)曲線分割臨近點(diǎn)高差方法自動(dòng)調(diào)節(jié)曲線形狀，可以準(zhǔn)確的擬合真實(shí)地形，能夠提高陡坎線識(shí)別的效率和準(zhǔn)確性。

59、作為優(yōu)選例子，所述點(diǎn)云采集模塊包括濾波單元、提取單元及排序單元；

60、所述濾波單元用于采用形態(tài)學(xué)濾波對(duì)經(jīng)過(guò)掃描后獲得的所述待識(shí)別地理區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，獲得所述待識(shí)別地理區(qū)域?qū)?yīng)的若干個(gè)初始點(diǎn)云；

61、所述提取單元用于通過(guò)三維鄰域內(nèi)點(diǎn)密度約束方法對(duì)若干個(gè)所述初始點(diǎn)云進(jìn)行粗提取，獲得若干個(gè)所述第一點(diǎn)云；

62、所述排序單元用于對(duì)每一個(gè)所述第一點(diǎn)云進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，將每一個(gè)所述第一點(diǎn)云轉(zhuǎn)換為與所述待識(shí)別地理區(qū)域的切面方向一致的局部坐標(biāo)系下的初始第二點(diǎn)云；根據(jù)每一個(gè)所述初始第二點(diǎn)云的橫坐標(biāo)將若干個(gè)所述初始第二點(diǎn)云進(jìn)行排序。

63、本發(fā)明對(duì)初始掃描獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，去除所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲，提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，緊接著對(duì)所述第一點(diǎn)云進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為待識(shí)別地理區(qū)域的切面方向一致的局部坐標(biāo)系下，以便于根據(jù)所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換對(duì)所述點(diǎn)云進(jìn)行排序，即根據(jù)地理位置對(duì)所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，以根據(jù)點(diǎn)云間的高差值對(duì)所述第一點(diǎn)云進(jìn)行初步的篩選，提高陡坎線識(shí)別的精準(zhǔn)度及效率。