室內(nèi)導航網(wǎng)絡的提取是室內(nèi)導航路徑規(guī)劃的基礎,傳統(tǒng)基于建筑二維平面圖的導航網(wǎng)絡無法準確表達建筑內(nèi)部三維幾何環(huán)境信息,而基于IFC和CityGML的導航網(wǎng)絡提取,其數(shù)據(jù)源較難獲得,且不易更新。因此,點云作為一種近年來逐漸被廣泛應用的數(shù)據(jù)源,以其易獲得、高精度、真三維等特點,為室內(nèi)導航元素的提取與網(wǎng)絡構(gòu)建提供了新源泉。本文以服務于室內(nèi)導航為出發(fā)點,利用建筑整體點云呈現(xiàn)出的幾何特征和統(tǒng)計特征,提出一種基于點云的室內(nèi)導航網(wǎng)絡生成方法。針對散亂點云中語義信息和拓撲信息提取困難的問題,采用了自頂向下逐級提取室內(nèi)導航元素,同時定義拓撲關(guān)系的思路。特別針對房間的提取,提出了細化空間分隔的思想,利用點云密度二值圖進行區(qū)域生長獲得保留了室內(nèi)細節(jié)的房間表達,同時利用一面墻上的兩個墻面對應位置的點云密度信息比對來規(guī)避了門窗提取中障礙物帶來的錯誤,提升了拓撲關(guān)系定義的準確性。實驗結(jié)果表明,利用本文所述的方法提取的室內(nèi)三維導航網(wǎng)絡,解決了傳統(tǒng)方法中語義和拓撲信息不足等問題,能夠為室內(nèi)實時定位和導航提供模型基礎。本文主要研究內(nèi)容包括:(1)建筑室內(nèi)導航元素提取與語義標注:在深入分析現(xiàn)有室內(nèi)導航元素算法的基礎上,研究逐層級對大場景室內(nèi)點云進行解析的方法,逐步提取出各個層級的導航元素,主要包括樓層、墻體、房間、門窗,對其進行語義標注,其中樓層分割采用點云密度直方圖中的峰值來進行;房間提取是通過對單層樓格網(wǎng)化后生成二值圖,對二值圖利用區(qū)域生長算法得到房間角點從而形成房間的幾何和拓撲表達的;門窗提取則是通過一面墻上兩個墻面的點云密度值比對得到的。最后為了實現(xiàn)對所提取導航元素的存儲,設計了數(shù)據(jù)庫概念模型。(2)在自上而下逐步提取的過程中對提取出的導航元素進行拓撲關(guān)系定義,主要包括拓撲包含關(guān)系(樓層與房間之間),拓撲鄰接關(guān)系(如各個樓層之間,各個房間之間)和拓撲連通關(guān)系(如各個樓層之間和各個房間)。在逐層級解析的時候自動定義子空間和上層空間的包含的關(guān)系,共享空間分隔的子空間定義為鄰接關(guān)系,共享的空間分隔上存在開放區(qū)域的兩個子空間被定義為連通關(guān)系。(3)依據(jù)提取出的導航元素以及各自之間的拓撲關(guān)系,自動生成包含導航元素節(jié)點和拓撲關(guān)系的室內(nèi)導航網(wǎng)絡,實現(xiàn)導航網(wǎng)絡存儲和表達。
【學位單位】：北京建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：P208;TP393.09
【部分圖文】：

第 1 章 緒論第 1 章 緒論1.1 研究背景和意義近年來地理信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得基于位置的服定位與導航技術(shù)也得益于此，取得了很大的進步。目前室外的定位與品化，然而絕大多數(shù)技術(shù)手段在室內(nèi)環(huán)境下無法提供有效的位置信息成為研究的熱點。隨著城市發(fā)展進程不斷加快，機場、醫(yī)院、購物中心、會展中心建筑群逐漸成為人類活動的的重要載體，人類在室內(nèi)活動的時間遠超些建筑群內(nèi)部結(jié)構(gòu)往往復雜多樣，其內(nèi)部通常存在許多建筑，每個建個樓層和眾多功能性區(qū)域，如圖 1-1，這加重了人的空間認知負擔[3]，規(guī)劃變得困難，由此催生了對于室內(nèi)外一體化無縫導航的迫切需求。

第 1 章 緒論（2）在自上而下逐步提取的過程中對提取出的導航元素進行拓撲關(guān)系定義，主要包括拓撲包含關(guān)系（如，建筑與樓層之間，樓層與房間之間，房間與墻之間，墻與門窗之間），拓撲鄰接關(guān)系（如各個樓層之間，各個房間之間）和拓撲連通關(guān)系（如各個樓層之間和各個房間）。（3）依據(jù)提取出的導航元素以及各自之間的拓撲關(guān)系，設計數(shù)據(jù)模型存儲節(jié)點和關(guān)系，并據(jù)此自動生成包含導航元素節(jié)點和拓撲關(guān)系的室內(nèi)導航網(wǎng)絡。1.4.2 技術(shù)路線

第 2 章 室內(nèi)點云的獲取和預處理室內(nèi)數(shù)據(jù)的獲取和預處理是室內(nèi)導航網(wǎng)絡提取的前提和基礎，不同的室內(nèi)點獲取技術(shù)能提供的數(shù)據(jù)是不用的，不同點云數(shù)據(jù)中包含的信息為不同的提取方提供支持。而對室內(nèi)點云數(shù)據(jù)進行的預處理是導航元素提取之前的必要手段，處理工作使得點云數(shù)據(jù)更加還原真實世界，幾何和統(tǒng)計特征都更加明顯。.1 室內(nèi)點云獲取技術(shù)比較三維激光掃描儀的發(fā)展為三維逆向工程的發(fā)展提供了數(shù)據(jù)支持。三維激光掃系統(tǒng)從承載平臺可以劃分為機載型激光掃描系統(tǒng)、地面激光掃描測量系統(tǒng)、手型激光掃描系統(tǒng)和星載激光掃描系統(tǒng)�；诳臻g位置的考慮，室內(nèi)點云獲取中用的是地面激光掃描測量系統(tǒng)，分為移動式掃描系統(tǒng)（如圖 2-1a）和固定式掃系統(tǒng)(如圖 2-1b)兩種。此外計算機視覺技術(shù)中深度相機(如圖 2-1c)也可以作為內(nèi)三維重建的數(shù)據(jù)源。不同數(shù)據(jù)源能提供的三維信息是不一樣的，三種下面對種數(shù)據(jù)源的系統(tǒng)特性和技術(shù)指標做比較。

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10 本報記者 李樹

本文編號：2833299