结合LiDAR点云和航空影像的建筑物三维变化检测

彭代锋, 张永军, 熊小东

彭代锋, 张永军, 熊小东. 结合LiDAR点云和航空影像的建筑物三维变化检测[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2015, 40(4): 462-468. DOI: 10.13203/j.whugis20130325
引用本文: 彭代锋, 张永军, 熊小东. 结合LiDAR点云和航空影像的建筑物三维变化检测[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2015, 40(4): 462-468. DOI: 10.13203/j.whugis20130325

结合LiDAR点云和航空影像的建筑物三维变化检测

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(41171292)
详细信息
    作者简介:

    彭代锋,博士生,主要研究方向为卫星影像变化监测应用。

    通讯作者:

    张永军

  • 中图分类号: P231.5

  • 摘要: 目的 针对传统建筑物变化检测方法没有考虑高程信息的缺点,提出了一种结合LiDAR点云数据和航空影像的建筑物三维变化检测方法,可同时提取建筑物高程变化信息和面积变化信息。首先将不同时期LiDAR点云分别生成数字表面模型(DSM);然后对不同时期的DSM进行差值、滤波和形态学操作得到DSM变化区,并根据共线方程将其反投影到航空影像中,再使用航空影像的光谱、纹理等信息排除树木等伪变化区的干扰;最后计算高程变化值和面积变化值。试验结果表明该方法能定量地提取高程和面积变化信息,提供更加全面准确的建筑物变化信息。
  • [1] Singh A.DigitalChangeDetectionTechniquesU singRemotelySensedData[J].犐狀狋犲狉狀犪狋犻狅狀犪犾犑狅狌狉狀犪犾狅犳犚犲犿狅狋犲犛犲狀狊犻狀犵,1989,10(6):989 1003[2] LiDeren.ChangeDetectionfrom RemoteSensingImages[J].犌犲狅犿犪狋犻犮狊犪狀犱犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲狅犳犠狌犺犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,2003,28(5):7 11(李德仁.利用遥感影像进行变化检测[J].武汉大学学报·信息科学版,2003,28(5):7 11)[3] ZhangJianqing,SheQiong,PanLi.ChangeDetec tionofResidentialAreabyRemoteSensingImageBasedonLBP/CTexture[J].犌犲狅犿犪狋犻犮狊犪狀犱犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲狅犳 犠狌犺犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,2008,33(1):7 11(张剑清,佘琼,潘励.基于LBP/C纹理的遥感影像居民地变化检测[J].武汉大学学报·信息科学版,2008,33(1):7 11)[4] LiDeren,XiaSong,Jiang Wanshou,etal.Ap proachforTerrainChangeDetectionandDEM Up dating[J].犌犲狅犿犪狋犻犮狊犪狀犱犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲狅犳犠狌犺犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,2006,31(7):565 568(李德仁,夏松,江万寿,等.一种地形变化检测与DEM更新的方法 研 究 [J].武 汉 大 学 学 报 · 信 息 科 学 版,2006,31(7):565 568)[5] MurakamiH.ChangeDetectionofBuildingsUsingAnAirborneLaserScanner[J].犐犛犘犚犛犑狅狌狉狀犪犾狅犳犘犺狅狋狅犵狉犪犿犿犲狋狉狔牔犚犲犿狅狋犲犛犲狀狊犻狀犵,1999,54(2):148 152[6] GambaP,HoushmandB.JointAnalysisofSAR,LIDARand AerialImageryforSimultaneousEx tractionofLand Cover,DTM and3D ShapeofBuildings[J].犐狀狋犲狉狀犪狋犻狅狀犪犾犑狅狌狉狀犪犾狅犳 犚犲犿狅狋犲犛犲狀狊犻狀犵,2002,23(20):4439 4450[7] MatikainenL,HyyppJ,KaartinenH.AutomaticDetectionofChangesfromLaserScannerandAeri alimageDataforUpdatingBuilding Maps[J].犐狀狋犲狉狀犪狋犻狅狀犪犾犃狉犮犺犻狏犲狊狅犳 犘犺狅狋狅犵狉犪犿犿犲狋狉狔,犚犲犿狅狋犲犛犲狀狊犻狀犵犪狀犱犛狆犪狋犻犪犾犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲狊,2004,35(B2):434 439[8] ChenLC,LinLJ.DetectionofBuildingChangesfrom AerialImagesandLightDetectionandRan ging(LIDAR)Data[J].犑狅狌狉狀犪犾狅犳犃狆狆犾犻犲犱犚犲犿狅狋犲犛犲狀狊犻狀犵,2010,4(1):041870[9] TrinderJC,Salah M.AerialImagesandLiDARDataFusionforDisasterChangeDetection[J].犐犛犘犚犛犃狀狀犪犾狊狅犳狋犺犲犘犺狅狋狅犵狉犪犿犿犲狋狉狔,犚犲犿狅狋犲犛犲狀狊犻狀犵犪狀犱犛狆犪狋犻犪犾犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲狊,2012,1(4):227 232[10]RottensteinerF.Automated UpdatingofBuildingDataBasesfrom DigitalSurfaceModelsand Multi spectralImages:Potentialandlimitations[C].IS PRSCongress,Beijing,China,2008[11]AlobeidA,JocabsenK,HeipkeC,etal.BuildingMonitoring with Differential DSMS[C].ISPRSHannoverWorkshop,Hannover,Germany,2011[12]ZhangYongjun,XiongXiaodong,ShenXiang.Au tomaticRegistrationofUrbanAerialImagerywithAirborneLiDARData[J].犑狅狌狉狀犪犾狅犳犚犲犿狅狋犲犛犲狀狊犻狀犵,2012,16(3):587 595(张永军,熊小东,沈翔.城区机载LiDAR数据与航空影像的自动配准[J].遥感学报,2012,16(3):587 595)[13]TianJiaojiao,CuiShiyong,ReinartzP.BuildingChangeDetectionBasedonSatelliteStereoImageryandDigitalSurfaceModels[J].犐犈犈犈犜狉犪狀狊犪犮狋犻狅狀狊狅狀犌犲狅狊犮犻犲狀犮犲狊犪狀犱犚犲犿狅狋犲犛犲狀狊犻狀犵,2013,99:1 12[14]MuChao,YuJie,XuLei,etal.ResearchonEx tractingBuildingPointsfromtheDSM DataCombi ningtheHigh resolutionRemoteSensingImage[J].犌犲狅犿犪狋犻犮狊犪狀犱犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犛犮犻犲狀犮犲狅犳犠狌犺犪狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,2009,34(4):414 417(穆超,余洁,许磊,等.基于高分辨率遥感影像的DSM建筑物点的提取研究[J].武汉大学学报·信息科学版,2009,34(4):414 417)[15]TanKun,DuPeijun.HyperspectralRemoteSens ingImageClassificationBased OnSupportVectorMachine[J].犑狅狌狉狀犪犾狅犳 犐狀犳狉犪狉犲犱犪狀犱 犕犻犾犾犻犿.犠犪狏犲狊,2008,27(2):123 128(谭琨,杜培军.基于支持向量机的高光谱遥感图像分类[J].红外与毫米波学报,2008,27(2):123 128)[16]TianJ,Chaabouni Chouayakh H,ReinartzP,etal.Automatic3DChangeDetectionBasedonOpticalSatel liteStereoImagery[C].ISPRSTC VIISymposium 100YearsISPRS,Vienna,Austria,2010459武 汉 大 学 学 报 · 信 息 科 学 版2015年4月3犇犅狌犻犾犱犻狀犵犆犺犪狀犵犲犇犲狋犲犮狋犻狅狀犫狔犆狅犿犫犻狀犻狀犵犔犻犇犃犚犘狅犻狀狋犆犾狅狌犱狊犪狀犱犃犲狉犻犪犾犐犿犪犵犲狉狔犘犈犖犌犇犪犻犳犲狀犵1 犣犎犃犖犌犢狅狀犵犼狌狀1 犡犐犗犖犌犡犻犪狅犱狅狀犵11 SchoolofRemoteSensingandInformationEngineering,WuhanUniversity,Wuhan,430079,China犃犫狊狋狉犪犮狋:Astheelevationinformationisnotconsideredinthetraditionalbuildingchangedetectionmethods,thispaperpresentsanalgorithmofcombiningLiDARdataandaerialimageryforthe3Dbuildingchangedetection.Withtheproposedmethod,wecanextractboththeelevationchangeinfor mationandtheareachangeinformationofthebuildingsatthesametime.Firstly,twoDSMsaregen eratedusingtwoperiodsofLiDARdata.Secondly,differencing,filteringandmorphologicalopera tionsareperformedtogetthechangedDSMarea,whichisthenprojectedontotheaerialimagesac cordingtothecollinearityequations.Afterthat,theinterferenceofthepseudo changingareassuchastreesisremovedusingspectrumandtextureinformationofaerialimage.Finally,thevalueofeleva tionchangesandareachangesarecalculated.Experimentalresultsshowthattheproposedalgorithmcanextractthechangeinformationoftheelevationandareaquantitatively,whichcanprovidemorecomprehensiveandaccurateinformationforthebuildingchangedetection.犓犲狔狑狅狉犱狊:LiDARPointClouds;DSM;AerialImagery;3DBuildingChangeDetection;ElevationChange;AreaChange犉犻狉狊狋犪狌狋犺狅狉:PENGDaifeng,PhDcandidate,specializesinchangemonitoringapplicationsofsatelliteimages.E mail:daifeng@whu.edu.cn犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉:ZHANGYongjun,PhD,professor.E mail:zhangyj@whu.edu.cn犉狅狌狀犱犪狋犻狅狀狊狌狆狆狅狉狋:TheNationalNaturalScienceFoundationofChina,檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪No.41171292.(上接第448页)犃 犕犲狋犺狅犱犳狅狉犃狌狋狅犿犪狋犻犮犪犾犾狔犇犲狋犲狉犿犻狀犻狀犵犘犪狉犪犾犾犪狓狅犳犐犿犪犵犲犕犪狋犮犺犻狀犵犅犪狊犲犱狅狀犔犪狔犲狉犲犱犉犕犘犺犪狊犲犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犠犈犐犆犺狌狀狋犪狅1,2 犣犎犃犖犌犣狌狓狌狀3 犣犎犃犖犌犑犻犪狀狇犻狀犵3 犠犝犘犻狀犵2,41 SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,ChongqingJiaotongUniversity,Chongqing400074,China2 CollegeofGeomaticsandGeoinformation,GuilinUniversityofTechnology,Guilin541004,China3 SchoolofRemoteSensingandInformationEngineering,WuhanUniversity,Wuhan430079,China4 FujianProvincialGeomaticsCenter,Fuzhou35001,China犃犫狊狋狉犪犮狋:Automaticdeterminationoftheinitialparallaxisakeytechnologyofautomaticimagematc hing.Thepreviousmethodsfordeterminationoftheinitialparallaxareanalyzedandsummarizedinthepaperfirst,andthenanovelmethod,calledlayeredFM phasecorrelation,isproposed.ThismethodisbasedonFourier Mellintransformtheoryincombinationwithlayeringmatchingandphasecorrelationtechniques.Themethodiscapableofobtaininghigh precisionofinitialparallaxautomati callyandefficientlywithouthumaninterventionandotherauxiliarydata.Thevalidityofthemethodisconductedbyexperimentsontheseveraltypicalimagepairs.犓犲狔狑狅狉犱狊:imagematching;initialparallax;phasecorrelation;Fourier Mellintransform犉犻狉狊狋犪狌狋犺狅狉:WEIChuntao,PhD,professor,specializesintheresearchofprocessingandapplicationofremotesensingimage.E mail:gxglwctl@163.com犉狅狌狀犱犪狋犻狅狀狊狌狆狆狅狉狋:TheNationalNaturalScienceFoundationofChina,Nos.41171351,41162011;GuangxiNaturalScienceFounda tion,Nos.2014GXNSFDA118038,2012GXNSFBA053131.
  • 期刊类型引用(22)

    1. 柴佳兴,张云生,杨振,陈斯飏,李海峰. 联合无人机影像生成DSM和DOM的多层次建筑物变化检测. 自然资源遥感. 2024(02): 80-88 . 百度学术
    2. 肖开荣,孟庆祥,杨鹤,龚元夫. 一种基于LiDAR多视轮廓点的三维壁画变化检测方法. 应用科学学报. 2024(05): 733-746 . 百度学术
    3. 黄桦,葛为燎,刘微微,钱荣荣,李杰. 利用倾斜影像重建点云的建筑物变化检测. 测绘通报. 2023(05): 125-129 . 百度学术
    4. 侯昕廷,路媛琦,周颖. 无人机航测技术在历史城区保护监测中的应用. 北京测绘. 2023(06): 876-880 . 百度学术
    5. 刘晓双,李才文,赵义兵. 基于高空间分辨率时间序列影像的对象级侵占林地图斑快速检测. 北京林业大学学报. 2022(11): 60-69 . 百度学术
    6. 陆兴华,袁子越,王潇齐,黄嘉昊. 基于动态压缩的无线传感网数据重构模型研究. 计算机技术与发展. 2021(02): 127-132 . 百度学术
    7. 杨钰琪,陈驰,杨必胜,胡平波,崔扬. 基于UAV影像密集匹配点云多层次分割的建筑物层高变化检测. 武汉大学学报(信息科学版). 2021(04): 489-496 . 百度学术
    8. 朱凌,孙伟伦,周克勤. 无人机倾斜摄影进行建筑施工进展监测初探. 遥感信息. 2021(04): 12-19 . 百度学术
    9. 肖峰. 基于LZW算法的高负荷光栅传感网络数据分块无损压缩方法. 西昌学院学报(自然科学版). 2021(03): 66-69+82 . 百度学术
    10. 段梦梦,李海亭,彭明军,王闪,陈涛. 多源数据“变化发现”技术初探. 城市勘测. 2021(05): 35-38 . 百度学术
    11. 张通,潘励. 一种高分辨率遥感影像建筑物自动检测方法. 测绘地理信息. 2020(02): 101-105 . 百度学术
    12. 王承涛,黄亮,谢超,徐佳,陈飞. 多客户环境下IT运维资源调度模型研究. 环境技术. 2020(02): 195-199 . 百度学术
    13. 雷丽珍,林超,万一. 机载LiDAR数据辅助的高景一号卫星影像自动镶嵌方法. 测绘地理信息. 2020(04): 100-103 . 百度学术
    14. 米捷,王旭辉. 基于递归熵特征提取的层次化物联网数据检测. 河南工程学院学报(自然科学版). 2020(03): 67-71 . 百度学术
    15. 王志盼,沈彦,王亮,张清凌,尤淑撑. 单类分类框架下的高分辨率遥感影像建筑物变化检测算法. 武汉大学学报(信息科学版). 2020(10): 1610-1618 . 百度学术
    16. 谢玲琳. 一种基于激光雷达技术的森林资源体积快速测算方法. 测绘与空间地理信息. 2020(11): 59-62 . 百度学术
    17. 黎宝琳. 一种改进形态学建筑物指数的无人机影像变化检测方法. 测绘与空间地理信息. 2020(11): 180-183 . 百度学术
    18. 付凤杰,刘珍环,黄千杜. 深圳市福田区三维城市景观格局变化特征. 生态学报. 2019(12): 4299-4308 . 百度学术
    19. 陈奎伊,胡翰,丁雨淋,李晓明,卞雨凡. 顾及轮廓特征的建筑物对象级三维变化检测方法. 地理信息世界. 2019(05): 101-106 . 百度学术
    20. 张振超,张永生,戴晨光,李凯,季虹良. 机载激光点云与摄影测量点云非监督建筑物变化检测. 测绘科学技术学报. 2019(05): 523-530 . 百度学术
    21. 刘艳,王立富. 一种排除D-S证据冲突的遥感影像变化检测方法. 北京测绘. 2018(05): 610-615 . 百度学术
    22. 徐军,杨航,李建松,韦金丽. MBI多特征结合GIS缓冲区的高分影像建筑物变化信息检测. 延边大学学报(自然科学版). 2017(01): 84-88 . 百度学术

    其他类型引用(21)

计量
  • 文章访问数:  1027
  • HTML全文浏览量:  47
  • PDF下载量:  694
  • 被引次数: 43
出版历程
  • 收稿日期:  2013-07-13
  • 修回日期:  2015-04-04
  • 发布日期:  2015-04-04

目录

    /

    返回文章
    返回