基于LiDAR數(shù)據(jù)的建筑屋頂提取在光伏板安置中的應(yīng)用

【摘要】：激光雷達(dá)(LiDAR,即Light Detection And Ranging)數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)城市信息化的重要數(shù)據(jù)源之一,國(guó)外學(xué)者已對(duì)LiDAR技術(shù)作了大量研究,并開(kāi)發(fā)出各種建筑物自動(dòng)提取的算法,而國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的相關(guān)研究還不成熟。激光雷達(dá)數(shù)據(jù)(LiDAR)由于分辨率高,直接獲取地面信息的三維數(shù)據(jù)而成為非常有效的數(shù)據(jù)源,被越來(lái)越多的用于城市規(guī)劃,3D虛擬城市構(gòu)建以及城市太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)等方面的研究中。本文試圖利用LiDAR的點(diǎn)云數(shù)據(jù),結(jié)合高分辨率的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)對(duì)城市建物信息進(jìn)行提取實(shí)驗(yàn),其結(jié)果用于研究城市太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)和利用。具體包括LiDAR數(shù)據(jù)特點(diǎn)及表達(dá)與處理,建筑物的輪廓信息和高度信息的提取,并結(jié)合太陽(yáng)能模型計(jì)算出建筑物理論上獲得的太陽(yáng)能及效率,確定適合安放光伏板的建筑物屋頂最佳位置。建筑物提取技術(shù)作為研究的基礎(chǔ)主要分為兩大類,一類是通過(guò)特征過(guò)濾篩選LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù),直接獲取建筑物信息；另一類是LiDAR數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)結(jié)合,利用閡值(Threshold-based),覆膜(Mask-based)及基于目標(biāo)對(duì)象(Object-based)等技術(shù)進(jìn)行建筑物提取。本文對(duì)這兩類方法都進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析和討論,選擇了兩個(gè)案例：一般建筑物,多邊形建筑物。多邊形建筑物提取時(shí),考慮了屋頂形狀不規(guī)則,頂部材料多樣化等因素。結(jié)果表明：特征過(guò)濾篩LiDAR點(diǎn)云的方法可以比較精確的建筑物信息；基于Object-based方法對(duì)地物的分割很詳細(xì)；Mask-based提取的方法能方便地進(jìn)行區(qū)域太陽(yáng)能計(jì)算；Threshold-based方法可以初步去掉樹(shù)木等非目標(biāo)地物為后續(xù)處理節(jié)省時(shí)間。兩類方法都可以方便確定建筑物的最佳太陽(yáng)能接收點(diǎn),因此本文結(jié)合了上述方法的優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用Threshold-based方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,用Mask-based方法提取建筑物進(jìn)行太陽(yáng)能計(jì)算并結(jié)合Object-based和特征過(guò)濾篩選的方法提取建筑物屋頂信息,并在此基礎(chǔ)上利用Niko Lukac的太陽(yáng)能模型完成了實(shí)驗(yàn)區(qū)太陽(yáng)能計(jì)算,參考3D LiDAR點(diǎn)云視圖確定適合安放太陽(yáng)能光伏板的最佳位置。 【關(guān)鍵詞】：LiDAR 模糊K-均值 建筑物提取 面向地物對(duì)象 3D建筑物重建 太陽(yáng)輻射能
【學(xué)位授予單位】：遼寧師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN958.98
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3 研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)11-14
• 2 研究區(qū)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)14-19
• 2.1 研究區(qū)概況14
• 2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)14-16
• 2.3 工作流程16-19
• 3 建筑物屋頂提取19-40
• 3.1 建筑物提取的基本原理19-28
• 3.1.1 霍夫變化20
• 3.1.2 隨機(jī)抽樣一致性方法20-21
• 3.1.3 分類和聚類技術(shù)21-22
• 3.1.4 模糊K-均值的算法22-24
• 3.1.5 模糊K-均值對(duì)于多邊形屋頂提取的應(yīng)用24-28
• 3.2 建筑物提取方法實(shí)踐28-32
• 3.2.1 閾值規(guī)則法28-30
• 3.2.2 覆膜mask法30
• 3.2.3 面向地物提取法30-31
• 3.2.4 過(guò)濾篩選法31-32
• 3.3 建筑物屋頂提取32-37
• 3.3.1 植被信息移除32
• 3.3.2 通過(guò)Mask的建筑物輪廓提取32-33
• 3.3.3 面向地物對(duì)象的建筑物輪廓提取33-36
• 3.3.4 篩選過(guò)濾法建筑物輪廓提取36-37
• 3.4 提取結(jié)果討論37-40
• 3.5 3D可視化40
• 4 太陽(yáng)能光伏板安放位置確定40-51
• 4.1 太陽(yáng)輻射能理論計(jì)算模型40-42
• 4.2 太陽(yáng)理論輻射量計(jì)算42-44
• 4.3 太陽(yáng)能光伏板位置確定44-51
• 結(jié)論51-52
• 參考文獻(xiàn)52-58
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況58-59
• 致謝59

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