课题基金基金详情
结合LiDAR点云和多视角航空影像的建筑物结构化模型重建理论与方法
结题报告
批准号:
41871368
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张永军
依托单位:
学科分类:
D0115.测量与地图学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘欣怡、文飞、刘驰、郑志、黄星北、蔡平
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中文摘要
LiDAR点云与航空影像联合进行建筑物三维重建相比单一数据源的传统方法有突出优势。本项目率先提出结合机载LiDAR点云和多视角航空影像的建筑物结构化模型重建理论与方法,创造性地提出线框与三角网混合的矢量模型构建思想,基于线面特征互约束机制,利用点云精确三维几何信息提取平面特征和影像丰富纹理信息提取直线特征,共同构建带有精细纹理且包含建筑物角点间拓扑关系的结构化矢量模型。重点围绕基于线面特征的三维点云表面重建、基于影像纹理识别的建筑物立面修复、保证纹理映射最优的两步法模型简化、线框与三角网混合的建筑物矢量模型提取等核心问题展开系统深入的理论探索和算法研究,并研发基于机载LiDAR点云与多视角航空影像的建筑物结构化三维重建原型系统,验证相关理论和算法的正确性和有效性。研究成果可为通用化矢量模型重建提供有效的解决方案,并为智能建筑、新型智慧城市、城市三维数据库等应用奠定坚实的理论和技术基础。
英文摘要
3D reconstruction of building models by integration of LiDAR point clouds and aerial images has great advantages against the traditional methods that only use single data source. This proposal puts forward a novel structural 3D building model reconstruction theory and the corresponding realization methods by integration of LiDAR point clouds and multi-view aerial images. Planar feature can be easily extracted from LiDAR point clouds, and linear feature can be effectively extracted from aerial images. A completely new idea of wire frame and TIN hybrid representation of 3D building model is proposed by taking the full advantages of mutual constraint mechanism of the extracted planar and linear features. The topology relationship among building vertices is also explicitly reconstructed. Several key technologies, such as 3D mesh reconstruction of point clouds with linear and planar features, building façade restoration based on image texture recognition, two-steps simplification of building models by maintaining optimum texture mapping, and structural building model reconstruction by hybrid wire frame and TIN representation, will be deeply studied. Prototype software for structural 3D building model reconstruction by integration of LiDAR point clouds and multi-view aerial images will be developed and tested with real datasets to verify the correctness and effectiveness of the proposed theory. Our achievements provide strong technical solutions for universal building vector model reconstruction, and make good foundation on both theory and applications in the fields of intelligent building, smart city, and 3D city database.
建筑物结构化模型具备单体化、语义化与结构化特性,其自动化重建是影响实景三维中国、数字孪生城市建设进程的关键一环。本项目在国家自然科学基金的资助下,形成了结合机载LiDAR点云与多视角航空影像的建筑物结构化模型重建总体方案,并严格按照立项申请内容和进度安排开展研究。.项目研究了影像数据、点云数据及多模态数据联合处理算法,为建筑物结构化重建提供高质量数据基础。研究多模态影像配准及粗差剔除方法,为多模态数据配准奠定理论基础,实现了影像数据的多源融合与超分辨率重建。研究了LiDAR点云与航空影像高效精配准方法,空间一致性约束的LiDAR点云引导立体影像匹配算法,联合多源异构数据得到高精度高覆盖率密集点云数据。.提出多视多特征多几何约束联合的城区大场景线云重建理论框架,为建筑物结构化重建提供高精度直线特征。提出地形自适应的正则化TPS滤波方法,超体素约束下的主动再学习LiDAR点云分类框架,非监督建筑物实例分割方法,实现了复杂场景下点云数据的自动语义化及单体化处理。提出基于对立推理理论的三维航空点云平面分割方法,研究了基于线面特征推理机制的建筑物多面体模型重建算法,最终实现了联合LiDAR点云与多视影像的建筑物结构化模型自动重建。.项目建立了较为完整的结合LiDAR点云和多视角航空影像的建筑物结构化模型重建理论和算法体系,并研制了三维建模原型系统LiDARPro,该系统支持国产银河麒麟及Windows操作系统,实现了核心技术自主可控和完全国产化,且已供多家单位测试、生产使用。.项目组经过4年的积极探索和潜心研究,圆满完成了规定的研究内容。项目组成员获得国家自然科学基金青年科学基金项目一项(2022年),获得博士后创新人才支持计划一项(2022年)。研究成果发表学术论文25篇,其中SCI/EI/核心收录论文15/6/2篇,国际会议论文2篇;获得授权国家发明专利6项,培养博士硕士研究生12名;按计划提交了课题年度报告及结题研究报告,达到了预定的研究目标。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2022
期刊:武汉大学学报(信息科学版)
影响因子:--
作者:刘伟玉;万一;张永军;姚永祥;刘欣怡;史立松
通讯作者:史立松
DOI:10.12082/dqxxkx.2020.190514
发表时间:2020
期刊:地球信息科学学报
影响因子:--
作者:王广帅;万一;张永军
通讯作者:张永军
Robust line segment matching via reweighted random walks on the homography graph
通过单应图上的重新加权随机游走实现稳健的线段匹配
DOI:10.1016/j.patcog.2020.107693
发表时间:2021
期刊:PATTERN RECOGNITION
影响因子:8
作者:Dong Wei;Yongjun Zhang;Chang Li
通讯作者:Chang Li
DOI:10.11947/j.agcs.2021.20200245
发表时间:2021
期刊:测绘学报
影响因子:--
作者:张永军;张祖勋;龚健雅
通讯作者:龚健雅
A Mixture Likelihood Model of the Anisotropic Gaussian and Uniform Distributions for Accurate Oblique Image Point Matching
精确倾斜图像点匹配的各向异性高斯分布和均匀分布的混合似然模型
DOI:10.1109/lgrs.2019.2899042
发表时间:2019-03
期刊:IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters
影响因子:4.8
作者:Xunwei Xie;Yongjun Zhang;Xiang Wang;Daifeng Peng
通讯作者:Daifeng Peng
超大范围多源遥感卫星影像联合智能处理与地物信息提取理论方法
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    301万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    张永军
  • 依托单位:
基于单立体模型的多视影像密集匹配理论与方法
  • 批准号:
    41571434
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    张永军
  • 依托单位:
基于多源数据联合平差的机载LiDAR点云精度优化
  • 批准号:
    41171292
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    张永军
  • 依托单位:
多源线阵、面阵光学影像的联合区域网空中三角测量
  • 批准号:
    41071233
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    张永军
  • 依托单位:
广义点摄影测量解算方法及其应用基础研究
  • 批准号:
    40671157
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    32.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    张永军
  • 依托单位:
基于视频摄影测量的城市三维建模关键技术研究
  • 批准号:
    40301041
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2003
  • 负责人:
    张永军
  • 依托单位:
国内基金
海外基金