数字城市激光点云采集与数据处理技术.pdf

激光点云采集与数据处理技术提纲o o o o背景与需求面临的挑战技术的应用1.背景与需求智能交通立体空间安全开发与利用智慧城市1.背景与需求1.背景与需求城市精细化管理建筑控高城市噪声违建查处1.背景与需求自动驾驶1.背景与需求智慧社会和社会治理对测绘产品向全要素、多维、全空间、高分辨率、易耦合转型升级提出了 明确的需求。人们对全面、准确、实时的地理信息数据，特别是基于地理实体的全空间、全要素、高精度的二三维一体的地理信息需求越来越旺盛。1.背景与需求Creating a digital representation of reality To navigate complex urban environments,businesses and governments need 3-dimensional,HD location intelligence solutions of the highest quality.1.背景与需求对地观测卫星发展迅猛ZY1-02C(全色5nb多光GF1-01(全色2m,多光谱 10m)谱8m)GF2（全色Im,多光ZY3-02(全色2.1如多GF1-02/03/04(全色2m,多光光谱5.8m)谱8m)GF6(全色2m/8m,多 光谱16m)醐 to n 3nle _ _2011.12 2012.12016.52014.72016.82013.42014.82015.122007.92018.6CBERS-01(20m258m)CBERS-02B(2.3m 258m)ZY3-01(全色3.6m,多 光谱5.8m)CBERS-04(5m73m)GF4（可见光50nb波红外400m）GF3(Im500m)GF5(短红外30m,全请 段 20nl 40m)图片来源：王力哲1.背景与需求空、天、地三维成像技术蓬勃发展激光扫描Water QualitySmart ParkingITY。户臼 o 9 s Q Q 用司Q kyP2M影像卢云智能分析处理项目皆退数据处理要素遽取分析导出工视图畲匚帮助0 Web Lidarx+O XI延伸,I连续获取2开展基于地理实体的全息数据获取与处理试点,推动基础测绘采集内容与处理手段创新社会要素专题要素结构变化过程多要素、全覆盖、按需要的 城市级地理要素采集和应用基础要素保障专题数据落地、专题数据提升基础数据应用 使用空地一体的激光扫描、机载倾斜 摄影等三维数据采集方法，构建地上、地下、室内、室外的三维模型 将单一时间点的地理信息扩展到 多时态的变化信息连续获取多频多模的海陆一体测：基港服务试验无人机及激光扫描等技 术应用物联网技术应用上海思考一3开展基于地理实体的全息数据成果管理与应用试点,推动基础测绘成果形式与服务模式创新/数据库要素内容扩展基于统一标准的二、三维数据模型 多源、多尺度数据融合 非结构化数据存储 时空大数据库建设/内容丰富/形式多样/多维动态/按需组装1/服务时效更高 I/服务领域更广 /服务力度更深/服务效率更高上海思考一期e突破,进一步增加地上、地下 全空间多要素数据一体 化采集内容,探索以项目驱动结合周 1,统-技术框架体系/提高技术体系的标准化,端包括地上地下全空 间多要素数据,支持分布式调用和快速高效的时态存取和分析 斗物劭糜号符合超大型城市治理要求的新型基础测绘 1 体系和管理系统/4建立超型城市新型基础测绘业瘗有霹询智能化应用理模型多源数据融合多细节层次模型重建变化检测云计算污巢/；to扩散看噪声模拟数据模曷精导What,Where,Who,Why质量改善目标提取Y,从可视化走向可计算场景I 二 襄噂1皿、二门 II【房”目标语义化目标单体化矢量化要素表达;第眼多源点云数据融合空、天、地多平台数据自动融合，全面感知口不一致（多源、多平台.多粒度.不同精度）口高冗余口非结构化3.第眼多源点云数据融合N UNIVERSITY.;第眼多源点云数据融合数据段偏差大于O.lm,最大偏差为2.7m59&89UNIVERSITY多视角点云配准流程整体流程Input point cloudsUnordered and multiview TLS point clouds图1多粒度特征计算 BSC描述子计算（点粒度）VLAD描述子计算（点云粒度）-i-潜在的重叠点云对估算 VLAD相似性计算回归分析确定相似性和重叠度的关系-i-确定当前最相似的点云组对层次化合并重叠点云对利用点云组对中有重叠的点云进行pairwise配准-i-合并配准后的两个点云组Output point clouds基于层次化合并的多视角点云配准流程图 Point-level 也tiei描述局部邻域点的空间分布信息。Struc ture-level feetie，组成地物的各个部件（结构）的特征 Obj ec t-level feiue让描述目标的整体特征。Contextrlevel fetie|ebaTj点云的多层次憎超UNIVERSITY1描述目标所在的上下文特征。Point-level feature-BSC提高局部特征描述子的鲁棒性和描述性，同时保持较高的计算和内存效率。关键步骤：L（a）关键点检测1（b）局部坐标系建立1（c）坐标转换上（d）坐标投影上（e）投影特征计算上特征比较（二值化）上（g）特征聚合#bit string101011111011100001101100010101100100100100101111100110011000011001111001101101110100101101(f)3D Binary Shape Context descriptor011100010101010100,d istanc,%)局部特征描述子计算示意图方法优点：上提高了局部特征描述子的鲁棒性。上同时具有较高的计算和内存效率(皂义区 uou-aMOJoxDescriptorMemory(byte)Time(ms)BSC480.004RoPS5402.68FPFH1320.67SI6133.02use792043.5SHOT14086.48空间效率和时间效率对比对噪声的鲁棒性分析对遮挡的鲁棒性分析100DecimationZ Dong,B Yang,2017.A novel binary shape context for 3D local surface description.ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 130,431-452对点密度变化的鲁棒性分析1.能眼多源点云数据融合地下空间无靶标自动融合;第眼多源点云数据融合地下空间无靶标自动融合;第眼多源点云数据融合IVER8ITY;禽眼多源点云数据融合;第眼多源点云数据融合多源数据融合成果IVER8ITYTLS+MLS+ALS;第眼多源点云数据融合;第眼多源点云数据融合全球最大规模的点云配准数据集口联合慕尼黑工业大学、挪威科技大学等国内外科研机构发布了全球最大规模（Y1A亿个三 维点）和最多样化场景类型（城区、山地、校园.隧道等10余种场景）的多源点云融合基准(a)WTIU-TLS Subway station(b)WHU-TLS Railway(f)WHU-TLS Campus已被全球100多家知名科研院所作为公认的基准数据集进行科学研究.实翳目标自动识别 区域显著性计算 相邻区域合并 基于语义规则的目标识别 类别指导下相邻区域再合并(1)(j)(k)(1)3.实爵目标自动识别，kyP2M号段点云智能分析澧ao P r O。（A Q 2 m&d a T*T S项目管理数据处理要素瑁取分析导出工具视图窗口 帮助三回回今闻：a（5 x）赢造藤薪全息二0轨遨端0影像数据 点云数据0未分类0地面国建筑物0电关杆13交通标志牌0捌13路灯 叼国堵13汽13道路0交通标线13不明杆状物13电爱 叼路槛H灌木13新平面0矢量模型全景图像全悬消息日志实爵目标自动识别.实蹑目标自动识别;第翳树木提取与参数计算产树；路灯;独立牌;交通提示牌;行人树（树高、冠幅、胸径）Sematic labeling(1)Object mhu(lNi)vERsnY禽限建筑物结构化模型重建点云深度学习网络OHMg、Exlmclloa%itte Pipocd Senaanllc S/mcngH口 NetworkFPS(C.U)E一二Snup(SI2)max pooling*IM fcMurcn x 3!.禽眼建筑物结构化模型重建建筑物边 界矢量化与 规则化建筑物自动提取IIIU w V整复杂城市场景的建筑物提取上海及武汉数据复杂城市场景的建筑物提取上海及武汉数据基于可控基元的三维重建武汉市汉口区（机载激光点云）基于可控基元的三维重建上海市张江区（密集匹配点云）v v I iri m v i3,基于二维平面的室内模型重建口如何将二维平面图矢量化基于二维平面的室内模型重建口通过语义进行功能区划分构建空间关联性生成室内语义二维平面图测绘遥感信k基于二维平面的室内模型重建口矢量化:搭建房屋基元和节点关系房间关联节点分类I-shape L-shapeT-shapc+X-shape基于二维平面的室内模型重建基于节点关联性的矢量化Point2M od el点云智能测图系统该软件平台主要包括海量点云数据组织管理和可视化、车载点云数据位置改善、多平台点云高精度融合（地面、车载、机载）、地理实体要素结构化提 取和矢量化、建筑物边界提取及规则化等核心功能。点云智能化处理软件-Point2Model3.0BSC_MLSPointCloudRegistration（质用改正梭快）ni9nwayObiectExtfactionvrbanOb|ctExtractionve.extractbvM町models R 目 fMn9Otecton|RB.interfacc.TiSpomtcloudRgFlneAegistrationOI I-点云ae度模块：ER8ITY点云自动分类保存文件 Undo Redo Print 3D View 1X文件预处理 点云分类 地形 显示 帮助Options OXd良）隹1岛自定义类 人工分类 建筑物提取 自动 半自动 人工分类人工会云，(l;l+7;.1J.:，:!E2MqlL.DB 3/图层 13。点云 0 1 Jas(C:/Users/19418/Doc.0 O 1-Cloud屋性 状态;值当前显示窗口 3D View 1点云点数 385,906全局嬉移(-368199.98;-3454999.8.全局缩放 1.000000Point size 默认值当前 Power Inspec tion C Steps 256可见 B-SF显示参敷控制台 属性点云类型 Other赋色方式 Classific ationColor Sc ale显示范围 参政DEM和等身线生成保存文件 UndoRedo Print 3D View 1X文件毛：哈中三平移僮转 点云去嚎 点云下采样 强度重映射帮助ill按雇性提取Options 一(3 X0初DB旦/图层 13、点云囱 4615000-554000pSMJa.0O 4615000-554000DSM.JS性状态/值名字4615000-554000DSM-可见臼显示名称（三雌法标量场X:999.99包围盒尺寸Y:999.99Z:125.38X:499.995偏移包围盒中心Y:399.995Z:108.75X:554499.994995全局包围盒中心Y:4615499.994995Z:108.750000信息对象2:270-子对象：1当前显示奋口3D View 1控制台 属性点云四，H kd 4a*留画胃项目省理 数据肯理 质量控制 数据融合 目岳提取 模型重建 视图 帮助Object_Extraction.dgn 3D-V8 DGN-MicroStationSearch Ribbon(F4)城市目标自调取后！岳。半自动提取 批量行道封 道路标志 道路标志批量e放置圆弧 合并多边形炉批量编辑爱V,放置多段浅口放置多边形a.贴合频 生成千点。机载提取 中车载提取 结果编辑目标当宓提取目标半巨前提取手工编考建筑物边界提取二也面滤波国建筑物提取 LOD2日膜重建 强点云目标提取e简化折线4 t Trim Multiple/Q Place SmartLine/Modify Element X Trim To Intersection More f*)Edit K notsB2多段统合并rO Extend C urve/Place Line0 Break Element Trim To Element.C hange A ttributes C o 55点删除/Move S Scale?C opy 靠 Mirror 审0；Rotate Move Parallel 电撵作目标列表目标列表口 6e;.-Top.3D-i:DesignJ 冷9口*n View 2-Top,3D Metric Design 一二 rJe*r ic Desie：r.”4.pn s-d w$aDisplay complete后 3D Metric Design 伫 033/5|6|7|8 X T；：File C:UsersDynspaiDocumentsObject_Extraction.dgn savedA Default矢量数据半自动提取 View 1 3D Metric Design总.上00巨！40 WWW!迎毯七Jim力口点岫MHl两点式点击第二点作为终点点云影像联合制图日间网.View 3,3D Metric Design二，奈 j月月12t.i皂与日底mvwqI 口 U 叫 131 jc Desic j n即&柒,4/1#121n娥之。二口三日屈w&e3.反济广西案例广西地区生产实践=11 切;禽翳广州案例南沙区榄核镇民生路西地块（DL0105管理单元）控制性详细规划调整红线范围内树木清点成果图KjtwfwtIRI.2022（F5KSH广州布械小取编粕洌妣计研R院南沙区榄核镇民生路西地块（DLQ1Q5IS7U）横沥镇安置区三期项目（DH0102规划管理单元）;第眼实景三维示范区实景三维示范区选取黄浦区和张江核心区。黄浦区的试点区域为东至黄浦 江，南至人民路、淮海路，西至成都北路、陕西南路，北至苏州河，试点 范围面积约5.0平方公里。张江核心区，北至龙东大道，南至华夏高架路，西至罗山高架路，东至外环高速路，面积28.3平方公里。1.禽眼上海市示范应用一江一河两岸区域建筑三维模型 MIA*a*AB MAA内AJAJA)3ST2HT a e。ese 器。然:二取 HS理潮南镇联配丽F网t模 刑重建上海市建筑物分层分户结构化模型重建上海南京路城市部件的结构化模型重建1.禽眼上海市示范应用工;菊斯赢7，.、/箫*4过去时空动态仿真现在 WUHAN UN树RSITY4.，岗结解应用领域5G信号仿真 高清驾驶地图 污染、爆炸扩散模拟城市精细化管理 BIM应用 可视域分析 战场态势评估