基于多源遙感圖像與LiDAR數(shù)據(jù)的建筑物三維空間信息提取.pdf

1、隨著經(jīng)濟、社會的飛速發(fā)展，城市規(guī)劃及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測及能源利用評估、軍事偵察和目標(biāo)精確打擊等多種民事和軍事應(yīng)用對三維城市建模的性能要求越來越高。由于建筑物是三維城市模型中的最主要目標(biāo)，利用遙感成像數(shù)據(jù)實現(xiàn)大范圍建筑物三維建模所需信息(即建筑物三維空間信息)提取的相關(guān)研究一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。其中，遙感光學(xué)圖像(衛(wèi)星圖像或航拍圖像)是實現(xiàn)建筑物三維空間信息提取的最主要數(shù)據(jù)源。然而，受到關(guān)鍵結(jié)構(gòu)檢測及匹配等技術(shù)的制約，遙感光學(xué)圖像

2、建筑物三維空間信息提取的效率較低。近年來，隨著機載激光雷達(dá)(Light Detection And Ranging,LiDAR)技術(shù)的不斷成熟，機載LiDAR數(shù)據(jù)在建筑物三維空間信息提取方面體現(xiàn)出了與遙感光學(xué)圖像的顯著互補性，通過聯(lián)合遙感光學(xué)圖像和機載LiDAR數(shù)據(jù)能夠顯著增強建筑物三維空間信息提取的性能。然而，聯(lián)合兩種數(shù)據(jù)源進(jìn)行建筑物三維空間信息提取的相關(guān)研究主要集中于聯(lián)合的方式方法上，而對兩種數(shù)據(jù)源在面向聯(lián)合建筑物三維空間信息提取的

3、優(yōu)勢能力挖掘方面的研究還存在很多亟待解決的問題。因此，本文以挖掘兩種數(shù)據(jù)源的優(yōu)勢能力為手段，以聯(lián)合實現(xiàn)建筑物三維空間信息的精確可靠提取為目的，分別從多源遙感光學(xué)立體像對三維空間位置信息提取、機載LiDAR數(shù)據(jù)建筑物三維空間結(jié)構(gòu)信息復(fù)原、最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束的建筑物三維空間信息聯(lián)合提取等方面開展研究工作，并做出了如下幾方面的主要貢獻(xiàn)：
　　(1)針對原始數(shù)據(jù)的信息表示能力問題，研究了提高遙感光學(xué)圖像和機載LiDAR點云原始數(shù)據(jù)信息表示能

4、力的方法。其中，在遙感光學(xué)圖像方面，通過設(shè)計合理的地面控制點選擇方法，提高了光學(xué)圖像相機模型的三維空間位置信息表示精度；在機載LiDAR數(shù)據(jù)方面，通過詳細(xì)分析機載LiDAR系統(tǒng)主要噪聲源在數(shù)據(jù)采集過程中的誤差傳遞，建立了機載LiDAR數(shù)據(jù)及對應(yīng)柵格化圖像的隨機噪聲表示模型，提高了機載LiDAR數(shù)據(jù)的三維空間結(jié)構(gòu)信息表示能力。
　　(2)針對傳統(tǒng)光學(xué)圖像三維空間信息提取過程中數(shù)據(jù)要求嚴(yán)格且精度受限的問題，提出了一種基于多源光學(xué)立體像

5、對的高精度三維空間位置信息提取方法。首先，在廣義最小二乘最優(yōu)加權(quán)理論的指導(dǎo)下，通過詳細(xì)的像素實際分辨率分析，構(gòu)建了多源光學(xué)立體像對三維空間信息提取的數(shù)學(xué)模型。在數(shù)學(xué)模型求解階段，由于該模型是一個觀測值不平衡的不等精度廣義線性方程組，在迭代求解過程中，提出了利用方差/協(xié)方差分量估計(Variance/covariance Components Estimation,VCE)技術(shù)實現(xiàn)精度控制的方法，有效提高了三維空間位置信息提取的精度。

6、r>　　(3)針對建筑物屋頂機載LiDAR數(shù)據(jù)中結(jié)構(gòu)性隨機誤差對建筑物三維空間結(jié)構(gòu)信息提取精度和可靠性的影響問題，提出了一種基于結(jié)構(gòu)化稀疏表示的建筑物屋頂機載LiDAR數(shù)據(jù)三維空間結(jié)構(gòu)信息復(fù)原方法。在機載LiDAR數(shù)據(jù)柵格化圖像結(jié)構(gòu)性隨機誤差模型的指導(dǎo)下，通過充分考慮建筑物屋頂結(jié)構(gòu)的稀疏性，提出了一種基于結(jié)構(gòu)化稀疏表示的建筑物屋頂機載LiDAR數(shù)據(jù)三維空間結(jié)構(gòu)信息復(fù)原框架，并給出了該框架的幾種典型實現(xiàn)方法，有效實現(xiàn)了原始建筑物機載LiD

7、AR數(shù)據(jù)三維空間結(jié)構(gòu)信息的復(fù)原，為實現(xiàn)精確可靠的建筑物三維空間信息提取奠定了堅實的基礎(chǔ)。
　　(4)針對建筑物三維空間結(jié)構(gòu)信息提取時，遙感光學(xué)圖像受陰影及復(fù)雜環(huán)境細(xì)節(jié)信息影響嚴(yán)重，LiDAR數(shù)據(jù)提取階躍特征/邊緣定位不夠精確且結(jié)構(gòu)信息提取不夠穩(wěn)定的問題。提出了一種分級能量最小化的建筑物屋頂機載LiDAR數(shù)據(jù)全局最優(yōu)平面分割方法，聯(lián)合遙感光學(xué)圖像的邊緣信息可實現(xiàn)建筑物頂面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的精確穩(wěn)定提取，保證了最終提取三維空間信息的精確性和穩(wěn)