融合机载LiDAR点云数据和GIS数据的城区违章建筑智能3D识别方法研究

Illegal buildings not only hinder the normal development and construction of one city, but also cause potential threats for public safety and lives and property of people,particularly, some hidden illegal buildings are much easier to become a huge security risk. For large and medium-sized cities, the traditional method is both time and labor consuming which usually miss the best time to deal with the problems; the existing detection technique depending on remote sensing also has some limitations to some extent. This research project aims at detecting and recognizing illegal buildings, hidden ones especially, in a 3D intelligent and automatic way. Based on airborne LiDAR point cloud data and GIS vector map, a method of multi-level classification and segmentation of objects, valid detection of buildings which have been partly covered by vegetation, intelligent recognizing illegal buildings and extracting useful 3D information will be researched systematically. A fast, effective way of assisting relevant departments to find out and judge (hidden) illegal buildings intelligently and automatically will be proposed, which will improve the efficiency of the relevant departments, supporting them to take reasonable control measures to eliminate public safety hazards in time.

违章建筑不仅妨碍城市的正常发展建设，同时也给城市公共安全和人民生命财产带来潜在威胁，特别是一些不易被发现的隐蔽违章建筑更是有可能成为巨大的安全隐患。对于大中城市，依靠传统的人力排查在时间和人力上消耗巨大，容易贻误处理违章建筑的最佳时机；而现有的遥感影像探测技术在小规模或者部分被植被遮挡的隐蔽违章建筑的探测能力上还存在一定的局限性。本项目以违章建筑，特别是隐蔽违章建筑为研究对象，以智能化、自动化的3D识别违章建筑为目标，利用机载激光雷达点云数据和GIS矢量地图数据，系统研究地物的多级精细分类方法、被遮挡建筑物的有效探测方法和智能判断违章建筑并提取3D信息的方法。提出快速、有效地辅助相关部门发现并判定（隐蔽）违章建筑的智能化、自动化方法和技术流程，提高相关部门的工作效率，为其及时对违章建筑采取合理的治理措施，尽可能减少或消除安全隐患提供有力支撑。

本项目研究融合机载LiDAR点云数据和GIS矢量地图数据的违章建筑智能识别和提取其空间特征的方法。.针对这一研究目标，设计了激光点云多级分类方法、建筑物立面点云提取与去噪算法、建筑物轮廓线提取方法、变化检测算法，用于提取细部结构和发现地物变化，并对实测数据进行了测试。.主要研究进展包括：1.局部自适应滤波算法：提出一种结合多回波信息、局部高程和坡度自适应的滤波算法，对于地形起伏大、植被密集地区的植被的剔除证实该算法有效。2.建筑物轮廓线提取，利用优化后的图像处理技术对激光点云进行分割并进行轮廓线提取；3.点云去噪：利用均匀八叉树，采用格网生长代替点生长，以八叉树节点为单位进行生长寻找数据块的边界，从而确定每个数据块的点的个数，最终确定粗差点；4.针对违章建筑物，开发了快速批量将疑似违章违法图斑和数字影像叠加结果进行截图取证的计算机程序。.本项目采用激光点云变化检测技术对核查区域进行变化检测，根据变化检测结果确定核准。与常规的通过人工过屏比对、毫无目的性的全面检测变化区域的方式相比，这一方法为政府监管部门的核准工作提供了有针对性的重点发现，即在变化检测结果基础上进行更新发现，确定核查方式及核查内容。这种核准方法可以有效避免人工逐屏比对产生的遗漏，帮助发现一定量尚未被识别的变化区域，减少人工判读造成的丢漏；同时，节省了一定的人工比对时间，提高工作效率。.本项目的研究过程按照工作进度安排有序执行。先后搜集、阅读并分析了百余篇国内外文献；参加国内外学术交流、讨论会议；设计算法，同时通过和合作单位的协作，采集了实测数据，并对算法进行了测试和总结分析，得出了一定的研究成果，并总结了这一研究过程中待解决的问题。此外，培养本科生和硕士研究生共4名，申报成功省部级科研课题1项，科技类横向课题1项，发表论文5篇，获得中国岩石力学与工程学会2017年度科技进步奖二等奖1项，正在申报软件著作权1项，发明专利3项。

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