【摘要】：城市建筑物屋頂?shù)妮喞畔⒓捌淙S模型對(duì)三維城市模擬、太陽能供給分析、環(huán)境模擬和災(zāi)害管理等領(lǐng)域有著非常重要的作用。已有許多研究從激光雷達(dá)(Light Detection and Ranging,簡(jiǎn)稱LiDAR)數(shù)據(jù)生成的數(shù)字表面模型(Digital Surface Model,簡(jiǎn)稱DSM)中進(jìn)行了建筑物屋頂?shù)奶崛『腿S重建。然而,與攝影測(cè)量技術(shù)相比,LiDAR數(shù)據(jù)采集較慢,成本較貴,較難應(yīng)用于大范圍城市地區(qū)的建筑物屋頂信息獲取。因此,針對(duì)沒有高分辨率機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)覆蓋的大型城市區(qū)域,如何從航空立體像對(duì)數(shù)據(jù)中進(jìn)行屋頂?shù)淖詣?dòng)提取和重建,是目前研究的熱點(diǎn)技術(shù)和迫切需要解決的問題。本文利用航空立體像對(duì)生成的DSM數(shù)據(jù),在綠地分布數(shù)據(jù)的輔助下,提出了建筑物屋頂?shù)淖詣?dòng)提取和三維建模方法,主要研究?jī)?nèi)容和成果包括:(1)本文提出了基于航空立體像對(duì)DSM數(shù)據(jù)和綠地分布數(shù)據(jù)的建筑物屋頂輪廓提取方法。該方法首先使用高斯濾波和中值濾波去除DSM數(shù)據(jù)中的噪聲,并通過膨脹重建算法,獲得建筑物屋頂?shù)某跏挤N子區(qū)域�？紤]到植被和地面對(duì)種子區(qū)域選取的影響,采用綠地分布數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,簡(jiǎn)稱DEM)去除非屋頂種子區(qū)域。隨后,采用區(qū)域生長(zhǎng)方法進(jìn)行建筑物屋頂斑塊的提取,并且通過區(qū)域合并方法對(duì)同一屋頂?shù)陌邏K進(jìn)行合并,得到完整的建筑物屋頂。最后,通過形態(tài)學(xué)處理平滑建筑物屋頂邊界得到最終的建筑物屋頂輪廓。本文將該方法應(yīng)用于建筑物屋頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型多樣的上海市中心城區(qū),進(jìn)行方法的驗(yàn)證。共選擇了3種不同土地利用類型的9個(gè)驗(yàn)證區(qū)域進(jìn)行精度評(píng)估,基于數(shù)量和面積的完整度分別為93.5%和96.2%。結(jié)果表明,該方法可以準(zhǔn)確地提取建筑物屋頂輪廓。本文提出的方法可以應(yīng)用于其他大型城市地區(qū),并可以為城市規(guī)劃和管理提供建筑物屋頂信息。(2)在獲取的建筑物屋頂輪廓數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,結(jié)合歸一化數(shù)字表面模型(normalized Digital Surface Model,簡(jiǎn)稱nDSM),本文改進(jìn)了一種基于圖論的建筑物屋頂三維建模方法。該方法首先根據(jù)建筑物屋頂輪廓和nDSM數(shù)據(jù)構(gòu)建建筑物屋頂?shù)戎稻�,并對(duì)等值線進(jìn)行規(guī)則化、旋轉(zhuǎn)和裁剪處理,使其更為規(guī)則和整齊。然后采用局部等值線樹方法對(duì)建筑物屋頂拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行表達(dá)和描述,根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化檢測(cè)對(duì)等值線樹進(jìn)行分解,獲得建筑物屋頂單一均質(zhì)的局部結(jié)構(gòu)。利用相鄰等值線間的空間以及形態(tài)屬性構(gòu)建偶圖,通過偶圖匹配求取最大化匹配結(jié)果完成屋頂局部結(jié)構(gòu)的模型重建。最后通過整合各個(gè)單獨(dú)的表面模型獲得最終的建筑物屋頂三維模型。本文以上海市陸家嘴的部分區(qū)域?yàn)閷?shí)例進(jìn)行了方法的驗(yàn)證。結(jié)果表明,該方法能夠有效地提取建筑物屋頂?shù)膸缀魏屯負(fù)湫畔?并成功地重建出復(fù)雜的建筑物屋頂模型,為基于航空立體像對(duì)的DSM數(shù)據(jù)的建筑物屋頂三維建模提供了一種有效的解決方案。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P237

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