(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210570931.X (22)申请日 2022.05.24 (71)申请人 南通大学 地址 226000 江苏省南 通市啬园路9号 (72)发明人 张芳硕　杨帆　潘怡婷　刘瑞　 吴亦乐　廖铭睿　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 徐激波 (51)Int.Cl. G06T 11/20(2006.01) G06T 3/00(2006.01) G06V 20/70(2022.01) G06V 10/26(2022.01) G06V 10/44(2022.01)G06V 10/762(2022.01) G01S 7/48(2006.01) (54)发明名称 一种基于激光点云的规则建筑立面快速制 图方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于激光点云的规则建 筑立面快速制图方法， 该方法利用激光扫描单栋 建筑三维点 云和建筑物外轮廓线作为输入， 首先 从建筑物外轮廓线中提取轴网， 确定建筑物的东 西南北四条轴线； 接着利用建筑外轮廓线从原始 点云分割建筑立面， 根据距离阈值将点云投影到 轴网上， 得到建筑物点云在轴网立面的投影； 再 对投影后的立面点云提取线特征并规则化； 然后 通过胞腔复形的语义标注实现建筑立面的门、 窗 要素提取； 最后识别门、 窗要素重复模式， 通过重 复模式的复用实现建筑立面的快速制图。 本发明 方法实现了基于激光点云的建筑物立面快速制 图， 减少人工交互， 节约制图时间， 提高城市建筑 测绘制图的效率。 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 CN 114998474 A 2022.09.02 CN 114998474 A 1.一种基于 激光点云的规则建筑立 面快速制图方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1:轴网提取， 从建筑物外轮廓线中提取轴网， 确定建筑物外轮廓线的主方向和沿 主方向的包围盒， 确定东西南北四条轴线； 步骤S2:立面投影， 利用建筑外轮廓线从原始点云分割建筑立面， 并根据距离阈值将点 云投影到轴网上， 得到建筑物点云在轴网立 面的投影； 步骤S3:线特征提取与规则化， 利用线特征提取算法对投影后的立面点云提取线特征 并规则化； 步骤S4:门、 窗要素提取， 通过 胞腔复形的语义标注实现建筑立 面门、 窗要素提取； 步骤S5:立面重复模式识别与应用， 识别建筑立面门、 窗要素重复模式， 通过重复模式 的复用实现建筑立 面的快速制图。 2.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的规则建筑立面快速制图方法， 其特征在 于， 所述步骤一轴网提取的具体实现步骤为： S11:首先对建筑物外轮廓线集合L中的每一条直线段Li， 根据与其他直线Lj是否平行构 建邻接矩阵； S12:如果 Li和Lj平行， 则将Lj的索引加入Li的近邻列表Ni＝{Li1,Li2...Lij}； S13:遍历每一条Li， 取其近邻Ni进行聚类。 接着取Ni中的直线段作为当前线段， 进一步 取其近邻进行聚类， 直到所有的近邻都已经被访问并聚类； S14:取没有被访问的新的直线段Li+1重复S13的步骤， 直到循环结束； 得到最终的聚类 集合C； S15:取聚类C中所有 线段长度之和最长的聚类作为轴网的主方向； S16:在XOY平面， 根据主方向计算垂直方向计算建筑外轮廓线的方向包围盒， 从而实现 建筑的二维轴网提取。 3.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的规则建筑立面快速制图方法， 其特征在 于， 所述步骤S2立 面投影的具体实现步骤为： S21:利用建筑范围轮廓线沿Z轴方向分割原始点云， 得到每个外廓线段(代表一堵墙) 对应的墙立 面点云； S22:根据墙面线段到轴网的距离， 将该墙立面点云全部投影到轴网中(东西南北四条 轴线)其中之一轴线上， 得到立 面投影点云P。 4.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的规则建筑立面快速制图方法， 其特征在 于， 所述步骤S4门、 窗要素提取的具体实现步骤为： S41:将立 面投影点云P围绕轴网主方向旋转变换到XOY平面； S42:选择激光扫描较为完整， 且噪声和数据缺失很少的楼层区域， 根据设定的像素大 小s， 将切片点云投影到平面， 得到栅格图像I； S43:利用LS D线特征提取算法处 理图像I， 得到一系列直线段L ＝{L1,L2,…,Ln}； S44:对L中的所有直线段采用凸二次线性规划实现规则化， 剔除冗余平行或者共线的 线特征L'； S45:利用优化后的线特征L'构建胞腔复形， 通过每个胞腔单元的二元标记实现门窗元 素的建模和提取， 采用图割(Graph  Cut)算法计算 二元标记的最优解， 实现门窗元 素提取。 5.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的规则建筑立面快速制图方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114998474 A 2于， 所述步骤S5的立 面重复模式识别与应用的具体实现步骤为： S51:利用步骤四中提取的门窗几何元 素的包围盒(矩形)， 构建集 合B。 S52:对集 合B中的每一个矩形bi， 根据与其 他矩形bj的面积差异构建邻接矩阵； S53:如果bi和bj的面积差小于其中一个面积的0.2， 则将bj的索引加入bi的近邻列表 S54:遍历每一条bi， 取其近邻 进行聚类， 如果bi和bj沿X轴方向的交并比(IoU)大于 0.9， 则认为两者属于同一个模式， 利用近邻矩形通过权重计算更新聚类的矩形长度和宽 度； 接着取 中的矩形作为当前值， 进一步取其近邻进行聚类， 利用近邻矩形通过权重计 算更新聚类的矩形长度和宽度， 直到所有的近邻都已经被访问并聚类； S55:取没有被访问的新的矩形bi+1重复S54的步骤， 直到循环结束， 得到最终的聚类集 合R。 S56:取聚类集合R中的模式沿Y轴方向识别聚类， 提取楼层高度差参数ΔH 并取中值， 完 成重复模式识别； S57:将用于重复模式识别的楼层作为参考楼层， 根据用户设置的楼层数目m复用所有 识别的重复元 素， 生成每一层的几何图形， 最终 实现建筑立 面快速制图。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114998474 A 3