基于最小二乘法的建筑物特征點坐標提取方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及物體位置的測量方法技術領域，尤其涉及一種基于最小二乘法的建筑物特征點坐標提取方法。
【背景技術】
[0002]數字城市建設的關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、多維性和時序性。數據是信息的載體，所以說城市空間信息的位置性、多維性和時序性，決定了城市空間數據具有一定的位置精度、時間精度以及完整的空間坐標和描述形式。因而，空間數據采集的準確是數字城市的關鍵技術，但是，現有技術中的建筑物坐標提取方法提取的坐標準確度較低。
[0003]地理對象的特征點坐標是地圖表達的關鍵因素之一。高精度確定其坐標參數是傳統測繪的主要內容。現有技術主要有直接測繪法和間接測繪法。直接測繪法要求在被測建筑物角點設立反光棱鏡等合作對象或者安置衛星信號接收天線，外業量大且效率低下，對不易到達的建筑物角點則難以保證精度，盡管免棱鏡測繪儀器可以獲取數據但精度偏低；間接測繪法是利用恢復影像數據的空間幾何關系，在虛擬模型上進行各種量測，但由于影像的縮小倍率、幾何關系的恢復精度、操作人員的判斷誤差等，都直接影響到測繪成果的精度。上述兩種途徑都是建立在人工判斷的基礎上的，直接法如果無法到達角點則導致數據有誤，且缺乏檢測數據保障質量；間接法測量需要用測標目估切準模型，需要平移旋轉模型，用變換觀察角度的方式驗證切準情況，該作業模式效率低下，質量無法保障。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種基于最小二乘法的建筑物特征點坐標提取方法，所述方法通過使用最小二乘法算法，提高了建筑物坐標確定的準確性，從而避免了人工提取時的效率低下、不準確、需要旋轉模型檢查捕捉是否準確等弊端。
[0005]為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于最小二乘法的建筑物特征點坐標提取方法，所述方法包括以下步驟:
[0006](I)通過激光掃描裝置獲取被測建筑物的外業掃描數據，這些數據代表了建筑物對激光束的反射腳點信息，包括角度、距離、強度等信息；
[0007](2)將獲取的被測物的掃描數據解算至設定坐標系的點云成果數據，一般包括激光腳點的三維坐標和其它附加信息；
[0008](3)探找出點云數據中直立墻面的水平面投影帶的最或是線段，根據直立墻面點云水平投影帶的點云分布，由于其不存在系統誤差的規律，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)根據水平面投影線段間的垂直關系，計算兩相交線段的垂足或交點的坐標；
[0010](5)在計算時，依據最小二乘法原則，根據這些離散點云的平面坐標數據來實施直線擬合，從而確定該直立墻面的平面位置，并根據殘差統計求出擬合線段的精度情況；或根據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生中斷現象，進行合并、連接等工作，進而進一步確定建筑物角點的坐標。
[0011]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:所述方法通過使用最小二乘法算法，提高了建筑物坐標確定的準確性，從而避免了人工提取時的效率低下、不準確、需要旋轉模型檢查捕捉是否準確等弊端。
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0013]圖1是本發明方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0015]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0016]如圖1所示，本發明公開了一種針對點云數據基于最小二乘法的建筑物特征點坐標提取方法，通過激光掃描裝置對建筑物的各墻面進行掃描，獲取第一手野外數據，基本數據至少包括各掃描儀器中心至激光腳點的距離、反射強度以及各激光束的姿態角記錄值；通過基站數據和掃描裝置上的同步輔助設備記錄的數據解算得到所有激光腳點的三維坐標，稱為點云數據；根據直立墻面點云數據形成的平面投影帶，按照最小二乘法則，求出墻面平面水平投影的線段位置；按照建筑物角點是相臨墻面相交形成的道理，根據上述方法確定的線段交點或者延長相交得到房角的坐標。
[0017]為了方便對本發明實施例的理解，下面結合附圖1對其詳細進行說明。
[0018]步驟1:通過激光掃描裝置獲取被測建筑物的掃描數據；
[0019]具體的，通過激光掃描裝置掃描被測物的數據。從而能夠準確的獲取被測物的掃描數據；
[0020]步驟2:將獲取的被測物的掃描數據解算至設定坐標系的點云數據；
[0021 ] 具體的，該坐標系為中國國標統一的坐標系或者項目指定坐標系，從而使得測繪出的鉛垂面投影線具有通用性，可以轉化到其他的設備上。
[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，通過對激光掃描裝置的數據處理，自動探找出直立平面在水平面投影線段的算法，主要根據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 ;根據直立平面水平投影線段間的垂直關系，計算垂足或交點的坐標；
[0025]具體的，在計算時，根據投影線段所在直線的延長相交或垂足點坐標的計算來獲得建筑物特征點的位置坐標。
[0026]通過上述方法可以看出，本發明提供的算法，在獲取被測建筑物特征點的位置時，根據最小二乘法則，鄰近的垂直關系的擬合線段的交點計算。本發明的有益效果為:自動完成，算法符合測繪誤差基本理論，提高人工提取時的效率低下、不準確、需要旋轉模型檢查捕捉是否準確等弊端。
[0027]所述方法通過使用最小二乘法算法，提高了建筑物坐標確定的準確性，從而避免了人工提取時的效率低下、不準確、需要旋轉模型檢查捕捉是否準確等弊端。
[0028]點云數據提供了大量的冗余數據，利用這些冗余數據根據最小二乘法則求取建筑物特征點的坐標，既有效利用了大量點云數據，又提高了坐標表達建筑物特征點的準確度，同時也大大提高了工作效率。計算機算法的程序自動實現，減輕了工作強度，減小了工作量。
【主權項】
1.一種基于最小二乘法的建筑物特征點坐標提取方法，其特征在于所述方法包括以下步驟: (1)通過激光掃描裝置獲取被測建筑物的外業掃描數據，這些數據代表了建筑物對激光束的反射腳點信息，包括角度、距離、強度等信息； (2)將獲取的被測物的掃描數據解算至設定坐標系的點云成果數據，一般包括激光腳點的三維坐標和其它附加信息； (3)探找出點云數據中直立墻面的水平面投影帶的最或是線段，根據直立墻面點云水平投影帶的點云分布，由于其不存在系統誤差的規律，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)根據水平面投影線段間的垂直關系，計算兩相交線段的垂足或交點的坐標； (5)在計算時，依據最小二乘法原則，根據這些離散點云的平面坐標數據來實施直線擬合，從而確定該直立墻面的平面位置，并根據殘差統計求出擬合線段的精度情況；或根據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生中斷現象，進行合并、連接等工作，進而進一步確定建筑物角點的坐標。
【專利摘要】本發明公開了一種基于最小二乘法的建筑物特征點坐標提取方法，涉及物體位置的測量方法技術領域。該方法包括以下步驟：通過激光掃描裝置獲取被測物的掃描原始數據；將獲取的被測物的掃描原始數據解算至設定的坐標系的點云數據；根據建筑物直立墻面的點云平面投影所形成的帶狀區域用最小二乘法則求出水平投影線段的最或是位置；根據探找出的豎面計算被測物所在的坐標系的平面位置，在計算時，根據最小二乘法則，根據離散點云數據來擬合線段的平面位置，并根據殘差統計求出擬合線段的精度情況；根據線段的端點或者互為垂直線段延長交點，確定建筑物角點的坐標。所述方法提高了建筑物特征點坐標提取的效率和準確度。
【IPC分類】G01C11-04
【公開號】CN104697502
【申請號】CN201510013134
【發明人】關艷玲, 左建章, 楊鐵利, 王留召, 郟衛萍
【申請人】中國測繪科學研究院
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年1月9日