基于点云模型的不动产测绘三维构建方法与流程

本发明涉及计算机图形图像处理及三维模型构建，具体为基于点云模型的不动产测绘三维构建方法。

背景技术：

1、不动产测绘三维构建通常以激光扫描、摄影测量或多源测绘成果形成的离散点集为基础，经过去噪、坐标统一、点云分割、平面拟合、边缘提取和表面重建生成建筑物三维模型。常规处理流程多采用固定邻域或多尺度邻域分析点的法向量、曲率和密度分布，将法向量近似一致且空间距离接近的点归并为墙面、楼板面或屋面点集，再通过相邻平面的交线确定建筑棱线，通过三角网格、平面裁剪或规则化轮廓生成封闭表面。对于点云稀疏区域，现有方案通常根据邻近点插值、相邻平面延伸或网格孔洞填补补齐缺失表面，并通过平滑处理消除孤立点、锯齿边缘和局部裂缝。此类方案以点云内部几何连续性作为主要判断依据，能够完成点云密度较高、遮挡较少且建筑边界清晰区域的三维重建，但对界址边界、建筑轮廓和层间对应关系的利用通常停留在后处理校核或整体对齐阶段。

2、为使点云模型符合不动产测绘成果中的边界表达，现有技术还会将界址点、房屋轮廓线、楼层分界线等二维或三维测绘要素叠加至点云处理流程，通过最近距离匹配、投影吸附或控制点约束，将提取出的平面交线和转角位置调整至测绘边界附近。部分方案会建立建筑轮廓与墙面点集之间的对应关系，在轮廓闭合、边线正交或上下层投影一致等规则下，对局部点云执行平移、旋转、重采样或表面补全；当点云缺失时，则按照已知轮廓直接生成边界面片，并与周围网格连接。此类处理能够减小模型轮廓与测绘线划之间的表观偏差，但其匹配过程通常以单条边界、单个转角或单一距离残差为对象，缺少对闭合轮廓内部拓扑顺序、相邻平面连接关系以及边界约束可信程度的联合判断，边界数据与点云几何数据发生冲突时，往往采用统一吸附或统一放宽的处理方式。

3、建筑外墙转角、屋檐遮挡区、相邻建筑贴合区以及层间边缘等位置容易同时出现点云缺失和边界关联歧义，单纯依据局部距离、法向量或平面拟合残差无法判断缺失点应归属的墙面及边界段，也无法判断冲突来源于点云采样不足还是边界匹配错误。若按相邻平面连续性直接补面，补全结果可能跨越界址线或将相邻建筑表面错误连接；若按测绘轮廓对点云进行刚性吸附，边界位置偏差又可能传递至原本完整的高可信度墙面，使真实平面发生偏移、倾斜或转角收缩。由于现有流程缺少边界拓扑关系、点云几何可信度和冲突传播范围之间的协同判定机制，难以在遮挡及稀疏区域同时维持边界不跨越、轮廓闭合和表面连续，进而造成三维模型中的墙面粘连、转角错接、局部孔洞或边界错位。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于点云模型的不动产测绘三维构建方法，可以解决上述背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、基于点云模型的不动产测绘三维构建方法，包括：根据界址点、建筑轮廓边界及层间对应关系构建边界拓扑约束图；

4、对待构建点云模型进行多尺度邻域解析，获得稳定平面、平面交线、转角候选区域及点级几何可信度；

5、依据边界闭合关系、相邻平面夹角连续性和层间投影关系建立边界段与几何特征之间的多候选关联链；

6、根据关联链中的位置冲突和连接冲突确定冲突传播路径，区分低可信度点云缺失冲突与高可信度边界失配冲突；

7、针对不同冲突类型执行受拓扑约束的局部点集重分配或边界关联调整，并基于更新后的平面交线反向修正所述边界拓扑约束图，生成满足边界不跨越、轮廓闭合及表面连续条件的三维模型。

8、优选的，构建所述边界拓扑约束图包括：将所述界址点、建筑轮廓转角点及层间对应点设为拓扑节点，将相邻边界段、闭合边界段及上下层投影对应关系设为拓扑边；

9、为各拓扑边写入允许连接对象、禁止跨越对象及方向顺序标识；

10、依据同一闭合轮廓内拓扑节点的循环顺序建立局部子图，并根据相邻局部子图共享的拓扑节点形成跨轮廓约束关系；

11、对存在重复投影或邻接歧义的拓扑边保留多个候选连接状态，并将所述候选连接状态与后续几何特征匹配结果联动更新。

12、优选的，所述多尺度邻域解析包括：以待分析点为中心建立逐级扩大的多个邻域，在各邻域内分别计算点分布协方差、法向量一致关系和局部曲率变化关系；

13、将跨邻域尺度保持平面归属一致的点集确定为稳定平面，将平面归属发生有序转换且交汇方向连续的点集确定为平面交线候选点，将多个所述平面交线候选点的交汇区域确定为转角候选区域；

14、根据点密度连续性、法向量跨尺度稳定性及几何类别保持程度联合生成所述点级几何可信度。

15、优选的，所述多候选关联链的建立包括：针对每一边界段选取空间相邻的平面交线候选点集和所述转角候选区域作为初始关联对象；

16、按照边界段在闭合轮廓中的方向顺序，校核相邻关联对象对应平面的夹角连续性、交线延伸一致性及上下层投影一致性；

17、保留同时满足闭合方向关系以及所述夹角连续性或所述层间投影关系的候选关联，并以共享关联对象连接相邻候选关联形成链式结构；

18、将所述链式结构中关联对象突变、边界顺序逆置或禁止跨越关系被触发的位置标记为冲突起点。

19、优选的，所述候选连接状态的联动更新包括：针对每一局部子图构造由候选拓扑边组成的闭合路径集合；

20、将各闭合路径映射至关联的平面交线和所述转角候选区域，获得路径首尾空间闭合差、方向序列一致关系及跨层投影偏移关系；

21、对共享同一拓扑边的多个闭合路径进行联合比较，删除仅在单一路径中出现且缺乏连续几何支撑的候选连接状态，锁定在相邻闭合路径中保持拓扑顺序并具有连续几何支撑的候选连接状态，其余候选连接状态保留可回退标识。

22、优选的，所述点级几何可信度的生成包括：将各点在不同邻域尺度下的平面归属结果、法向量主方向及曲率类别组成跨尺度特征序列；

23、根据相邻尺度之间的类别转移连续性和主方向偏转一致性生成结构稳定分量，根据点与所属稳定平面的残差分布及邻域采样空洞的方向集中程度生成采样完整分量；

24、将所述结构稳定分量与所述采样完整分量沿平面交线方向进行连续场传播，并在禁止跨越边界处截断传播，获得与所述边界拓扑约束图相对应的点级几何可信度。

25、优选的，所述冲突传播路径的确定包括：从所述冲突起点分别沿所述边界拓扑约束图中的相邻拓扑边和多候选关联链中的共享平面交线双向扩展，记录扩展位置对应的边界顺序状态、平面归属状态及点级几何可信度变化；

26、当冲突沿低可信度区域连续扩展且在高可信度稳定平面处终止时，将传播范围标记为点云缺失冲突区域；

27、当冲突跨越多个高可信度稳定平面并随同一候选边界关联持续扩展时，将对应候选边界关联标记为边界失配冲突对象。

28、优选的，针对所述点云缺失冲突区域执行所述局部点集重分配，包括：确定冲突区域两侧与同一闭合轮廓关联的稳定平面及平面交线，将所述稳定平面的法向量关系、平面交线延伸方向和禁止跨越边界共同设为局部重建约束；

29、将冲突区域内点按照与各稳定平面的残差连续关系重新分配至对应平面点集；

30、在无原始点支撑的区段内，以两侧平面交线的拓扑对应关系限定补全边界，并依据重新拟合平面的交汇结果生成补全点集及更新后的平面交线。

31、优选的，针对所述边界失配冲突对象执行所述边界关联调整，包括：冻结冲突对象所跨越的所述高可信度稳定平面及其平面交线，从具有可回退标识的候选连接状态中选取与冻结几何特征保持闭合顺序和层间投影对应的替代连接状态；

32、以所述替代连接状态重构受影响局部子图，并对重构前后的闭合路径进行一致性校核；

33、当替代连接状态仍触发禁止跨越关系时，解除对应边界段与几何特征的关联，将对应边界段保留为待核验边界，不对冻结几何特征执行位置修正。

34、优选的，反向修正所述边界拓扑约束图包括：将所述局部点集重分配后获得的平面交线及边界关联调整后获得的替代连接状态回写至对应局部子图，重新生成所述闭合路径集合和跨层投影关系；

35、对更新前后发生变化的拓扑边限定局部迭代范围，在所述局部迭代范围内依次执行多候选关联、冲突传播、点集重分配及边界关联调整；

36、当连续两次迭代中的锁定连接状态、稳定平面归属及平面交线连接顺序保持一致时，按照更新后的闭合轮廓和稳定平面边界构建三维表面。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

38、1.将界址点、建筑轮廓边界和层间对应关系组织为具有闭合顺序、禁止跨越关系及上下层投影关系的边界拓扑约束图，并由多尺度邻域解析获得稳定平面、平面交线、转角候选区域和点级几何可信度。边界段与几何特征之间采用多候选关联链表达，位置冲突和连接冲突沿拓扑边与共享平面交线双向传播，再依据传播范围内的可信度分布区分点云缺失冲突与边界失配冲突。由此，低可信度缺失区域按照相邻稳定平面、交线延伸方向和禁止跨越边界进行局部点集重分配及受限补全，高可信度几何区域保持锁定，发生失配的边界关联通过候选连接状态回退和闭合路径校核予以调整。上述处理使补全边界受到拓扑关系限制，同时避免存在偏差的边界数据牵引完整点云，从逻辑上阻断跨界补面和错误墙面吸附，保持建筑轮廓的闭合性、转角连接的正确性及相邻表面的连续性。

39、2.边界拓扑约束图中的候选连接状态与多候选关联链能够保留边界和几何特征之间的歧义关系，在闭合路径、方向序列、相邻平面夹角和层间投影关系的共同校核下，逐步删除缺乏连续几何支撑的错误连接，并锁定具有稳定结构支撑的关联关系。点级几何可信度由跨尺度平面归属、法向量稳定性、曲率类别、平面残差及采样空洞方向共同形成，并沿平面交线传播、在禁止跨越边界处截断，使冲突范围与可调整点集具有一致边界。局部点集重分配后生成的平面交线和替代连接状态被回写至局部子图，再限定局部范围重复执行关联、冲突传播和修正，直至连接状态、平面归属和交线顺序保持一致。该闭环处理减少无关区域参与重复重建，避免局部异常扩散至完整墙面，并使缺失点补全、边界调整和表面构建采用同一组拓扑及几何约束，降低墙面双层、边缘重影、轮廓断裂和层间错接的发生概率。