本發(fā)明屬于電力線路設(shè)計(jì)的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種傾斜測量場景的地物提取方法，其在保證數(shù)據(jù)精度和地物輪廓準(zhǔn)確度前提下，能夠從傾斜測量場景自動(dòng)提取房屋樹木等地物。

背景技術(shù)：

傾斜攝影三維建模技術(shù)及應(yīng)用是近年來測繪領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)，由于其數(shù)據(jù)精度高、地表覆蓋全面等突出優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于智慧城市、智慧水利、智慧旅游等各方面。本發(fā)明主要涉及其在電力線路設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用。

電力線路設(shè)計(jì)中要求獲取線路走廊范圍內(nèi)的房屋、樹木、道路等交叉跨越地物信息，測量這些地物到電力線、桿塔等的距離，根據(jù)量測結(jié)果合理選擇桿塔位置、桿塔型號(hào)、架線參數(shù)等以保證滿足電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范的校核要求。然而傾斜測量的原始數(shù)據(jù)一般采用自動(dòng)化方式生成三維場景成果，由于其生成機(jī)理，得到的模型是一個(gè)連續(xù)的tin(不規(guī)則三角網(wǎng))加貼圖，即地物、地形等是作為一個(gè)整體提供的，并沒有將地物劃分為可以單獨(dú)操作的對(duì)象，這種情況下是無法進(jìn)行距離校核計(jì)算的。因此，在電力線路設(shè)計(jì)中使用傾斜測量場景時(shí)，首先需要對(duì)場景中的房屋、樹木等電力線路關(guān)心的地物進(jìn)行單體化處理。

目前市面上傾斜測量場景三維應(yīng)用中的地物單體化方式主要有三種：一種是在地物上疊加配套的矢量面，表面上看起來是單體效果，實(shí)際上只是簡單地查詢了建筑輪廓點(diǎn)矢量面，而非真正意義上的單體分離；二是簡單的三角面分組，將場景中原有的三角面直接區(qū)分為地物或地形，但這樣的處理會(huì)導(dǎo)致地物邊界呈現(xiàn)鋸齒狀，且不同精度等級(jí)的地物邊界不一致，極不美觀，并且當(dāng)需要將地物替換為人工制作的高精度模型時(shí)無法與地形場景實(shí)現(xiàn)無縫拼接；三是人工設(shè)定地物邊界進(jìn)行三角面切割分離地物，此種方法地物邊界比較整齊美觀，不同精度等級(jí)邊界一致，且不損傷原有數(shù)據(jù)精度。但該方法操作比較繁瑣，既費(fèi)人力，又很難達(dá)到地物輪廓精確匹配。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種傾斜測量場景的地物提取方法,其具有較高的自動(dòng)化程度，僅需簡單操作即可獲取地物精確輪廓，具有房屋、樹木等地物真正與傾斜測量場景相分離的功能，保證了地物具有原始數(shù)據(jù)的精確度，可以方便將地物替換為人工精細(xì)建模的模型，將邊緣準(zhǔn)確拼接，可以在保留數(shù)據(jù)高精度的情況下實(shí)現(xiàn)快速加載顯示。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：這種傾斜測量場景的地物提取方法，原始傾斜測量場景采用樹狀存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，整個(gè)場景為根節(jié)點(diǎn)，由多個(gè)場景塊子節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)子節(jié)點(diǎn)除了擁有自身的三角面圖元集，還包含若干個(gè)更高精度等級(jí)場景塊子節(jié)點(diǎn)，該傾斜測量場景的地物提取方法包括以下步驟：

(1)設(shè)定地物提取區(qū)域，地物提取區(qū)域?yàn)橐崛〉匚锏姆秶?，該區(qū)域由若干邊界輪廓線和若干空洞輪廓線組成，邊界輪廓線定義提取區(qū)域的外部范圍界線，空洞輪廓線定義提取區(qū)域的內(nèi)部范圍界線，用于排除區(qū)域內(nèi)不需要提取的部分，邊界以內(nèi)空洞以外的為地物提取區(qū)域；

(2)設(shè)定高度過濾面，高度過濾面是這樣一個(gè)曲面，其水平范圍由地物提取區(qū)域限制，高程隨范圍內(nèi)的地勢高低變化起伏(或者為常量)，該過濾面高于背景地形且低于要提取地物主體部分的最低高度，地物高于過濾面的部分形成了一個(gè)個(gè)孤島三角面集合，將所有的孤島三角面取出并投影到水平面，其投影外輪廓為地物的邊界線；

(3)提取地物三角面圖元，根據(jù)步驟(2)取得的所有地物三角面計(jì)算地物邊界輪廓線，這里采用復(fù)合區(qū)域并集運(yùn)算的方式進(jìn)行處理；

(4)分離地物，采用步驟(3)計(jì)算所得的地物輪廓線從傾斜測量數(shù)據(jù)中提取地物，首先采用輪廓線對(duì)傾斜測量數(shù)據(jù)三角網(wǎng)進(jìn)行三角剖分，剖分后處于輪廓線內(nèi)的所有三角面為地物圖元；其次在原場景節(jié)點(diǎn)中，將當(dāng)前地物輪廓內(nèi)的所有三角面提取出來，存儲(chǔ)為單獨(dú)的地物圖元分組，并采用地物的id加以標(biāo)識(shí)；

(5)地物操作，地物操作包括：獲取地物圖元數(shù)據(jù)，距離計(jì)算，射線碰撞檢測地物模型相關(guān)操作，以及地物屬性信息的添加與檢索操作。

由于本發(fā)明保留原始場景數(shù)據(jù)，所以可以很方便地修改或刪除地物，只需對(duì)原始場景數(shù)據(jù)按照修改后的所有相關(guān)輪廓重新切割即可。由于本發(fā)明保存了所有地物輪廓數(shù)據(jù)，當(dāng)需要更換更高精度的場景數(shù)據(jù)時(shí)，只需自動(dòng)讀取所有輪廓數(shù)據(jù)重新切割即可，不必再次手工設(shè)定地物輪廓。本發(fā)明采用地物輪廓提取方法獲取地物邊界，操作簡單，精確度高，且可以同時(shí)提取多個(gè)地物，在提高精確度的同時(shí)也大大提高了工作效率。由于本發(fā)明采用實(shí)際分離原始傾斜測量場景圖元的方法進(jìn)行單體化，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的單體化。單體化后的地物作為獨(dú)立個(gè)體可以對(duì)其單獨(dú)操作，如設(shè)置與背景不同的顏色，單獨(dú)選中，獲取頂點(diǎn)數(shù)據(jù)等，滿足了電力線路設(shè)計(jì)要求。本發(fā)明采用地物輪廓線切割三角形圖元的方式，將與輪廓線相交的三角形重新構(gòu)建為多個(gè)三角形的組合，再選取輪廓線內(nèi)的三角形作為地物數(shù)據(jù)，不僅保證了地物輪廓的邊緣整齊美觀，而且方便替換為更高精度、更美觀的人工模型。本發(fā)明切割原有場景的所有精度等級(jí)圖元數(shù)據(jù)，切割后的地物圖元數(shù)據(jù)以圖元組形式保留在原場景節(jié)點(diǎn)內(nèi)，通過地物id標(biāo)識(shí)。地物圖元組的精度等級(jí)及精度切換策略與單體化之前沒有變化，從而保證了較高的地物顯示精度與渲染速度。同時(shí)保證了在任意縮放狀態(tài)下地物邊界不變。因此，本發(fā)明具有較高的自動(dòng)化程度，僅需簡單操作即可獲取地物精確輪廓，具有房屋、樹木等地物真正與傾斜測量場景相分離的功能，保證了地物具有原始數(shù)據(jù)的精確度，可以方便將地物替換為人工精細(xì)建模的模型，將邊緣準(zhǔn)確拼接，可以在保留數(shù)據(jù)高精度的情況下實(shí)現(xiàn)快速加載顯示。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的傾斜測量場景的地物提取方法的主流程圖。

圖2是本發(fā)明的復(fù)合區(qū)域的示意圖。

圖3是本發(fā)明的地物輪廓提取的流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，這種傾斜測量場景的地物提取方法，原始傾斜測量場景采用樹狀存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，整個(gè)場景為根節(jié)點(diǎn)，由多個(gè)場景塊子節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)子節(jié)點(diǎn)除了擁有自身的三角面圖元集，還包含若干個(gè)更高精度等級(jí)場景塊子節(jié)點(diǎn)，該傾斜測量場景的地物提取方法包括以下步驟：

(1)設(shè)定地物提取區(qū)域，地物提取區(qū)域?yàn)橐崛〉匚锏姆秶?，該區(qū)域由若干邊界輪廓線和若干空洞輪廓線組成，邊界輪廓線定義提取區(qū)域的外部范圍界線，空洞輪廓線定義提取區(qū)域的內(nèi)部范圍界線，用于排除區(qū)域內(nèi)不需要提取的部分，邊界以內(nèi)空洞以外的為地物提取區(qū)域；

(2)設(shè)定高度過濾面，高度過濾面是這樣一個(gè)曲面，其水平范圍由地物提取區(qū)域限制，高程隨范圍內(nèi)的地勢高低變化起伏(或者為常量)，該過濾面高于背景地形且低于要提取地物主體部分的最低高度，地物高于過濾面的部分形成了一個(gè)個(gè)孤島三角面集合，將所有的孤島三角面取出并投影到水平面；

(3)提取地物三角面圖元，根據(jù)步驟(2)取得的所有地物三角面計(jì)算地物邊界輪廓線，這里采用復(fù)合區(qū)域并集運(yùn)算的方式進(jìn)行處理；

(4)分離地物，采用步驟(3)計(jì)算所得的地物輪廓線從傾斜測量數(shù)據(jù)中提取地物，首先采用輪廓線對(duì)傾斜測量數(shù)據(jù)三角網(wǎng)進(jìn)行三角剖分，剖分后處于輪廓線內(nèi)的所有三角面即為地物圖元；其次在原場景節(jié)點(diǎn)中，將當(dāng)前地物輪廓內(nèi)的所有三角面提取出來，存儲(chǔ)為單獨(dú)的地物圖元分組，并采用地物的id加以標(biāo)識(shí)；

(5)地物操作，地物操作包括：獲取地物圖元數(shù)據(jù)，距離計(jì)算，射線碰撞檢測地物模型相關(guān)操作，以及地物屬性信息的添加與檢索操作。

由于本發(fā)明保留原始場景數(shù)據(jù)，所以可以很方便地修改或刪除地物，只需對(duì)原始場景數(shù)據(jù)按照修改后的所有相關(guān)輪廓重新切割即可。由于本發(fā)明保存了所有地物輪廓數(shù)據(jù)，當(dāng)需要更換更高精度的場景數(shù)據(jù)時(shí)，只需自動(dòng)讀取所有輪廓數(shù)據(jù)重新切割即可，不必再次手工設(shè)定地物輪廓。本發(fā)明采用地物輪廓提取方法獲取地物邊界，操作簡單，精確度高，且可以同時(shí)提取多個(gè)地物，在提高精確度的同時(shí)也大大提高了工作效率。由于本發(fā)明采用實(shí)際分離原始傾斜測量場景圖元的方法進(jìn)行單體化，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的單體化。單體化后的地物作為獨(dú)立個(gè)體可以對(duì)其單獨(dú)操作，如設(shè)置與背景不同的顏色，單獨(dú)選中，獲取頂點(diǎn)數(shù)據(jù)等，滿足了電力線路設(shè)計(jì)要求。本發(fā)明采用地物輪廓線切割三角形圖元的方式，將與輪廓線相交的三角形重新構(gòu)建為多個(gè)三角形的組合，再選取輪廓線內(nèi)的三角形作為地物數(shù)據(jù)，不僅保證了地物輪廓的邊緣整齊美觀，而且方便替換為更高精度、更美觀的人工模型。本發(fā)明切割原有場景的所有精度等級(jí)圖元數(shù)據(jù)，切割后的地物圖元數(shù)據(jù)以圖元組形式保留在原場景節(jié)點(diǎn)內(nèi)，通過地物id標(biāo)識(shí)。地物圖元組的精度等級(jí)及精度切換策略與單體化之前沒有變化，從而保證了較高的地物顯示精度與渲染速度。同時(shí)保證了在任意縮放狀態(tài)下地物邊界不變。因此，本發(fā)明具有較高的自動(dòng)化程度，僅需簡單操作即可獲取地物精確輪廓，具有房屋、樹木等地物真正與傾斜測量場景相分離的功能，保證了地物具有原始數(shù)據(jù)的精確度，可以方便將地物替換為人工精細(xì)建模的模型，將邊緣準(zhǔn)確拼接，可以在保留數(shù)據(jù)高精度的情況下實(shí)現(xiàn)快速加載顯示。

另外，所述步驟(1)中，設(shè)定地物提取區(qū)域包括：手工選取邊界輪廓線及空洞輪廓線，初次提取地物時(shí)通過在三維場景中逐個(gè)選取轉(zhuǎn)角點(diǎn)，定義若干封閉多線段，封閉多線段為輪廓線，每個(gè)輪廓線代表區(qū)域的一個(gè)邊界或空洞，一個(gè)邊界及其內(nèi)部若干空洞定義一個(gè)連續(xù)區(qū)域，所有的輪廓線為簡單多邊形，同一個(gè)多邊形的任意兩條線段之間不存在相交情況，任意兩個(gè)輪廓線不相交；二是從文件加載預(yù)存的區(qū)域數(shù)據(jù)，手工定義的提取區(qū)域數(shù)據(jù)保存到文件中，需要再次使用時(shí)從文件加載并直接作用于傾斜測量場景。

另外，所述步驟(2)中，高度過濾面分為平地高度過濾面和山地高度過濾面兩種；若地物所處地形為平地或地物主體部分遠(yuǎn)高于地面及地面上的微小起伏，采用水平面作為過濾面，根據(jù)區(qū)域邊界輪廓線和空洞輪廓線構(gòu)造三角網(wǎng)，且三角網(wǎng)上的所有頂點(diǎn)都設(shè)為同一個(gè)高度，該平面為提取區(qū)域的平地高度過濾面；若地物所處地形不夠平整，或者地物主體高度較低，不容易與地面突起相區(qū)分，采用由用戶定義的山地高度過濾面，該過濾面隨地勢起伏變化，首先將上一步定義提取區(qū)域的邊界輪廓線和空洞輪廓線按一定的水平間隔進(jìn)行插值處理，再查詢傾斜測量數(shù)據(jù)獲取每一個(gè)點(diǎn)的高程，由操作人員通過鼠標(biāo)點(diǎn)選的方式添加若干地面點(diǎn)，地面點(diǎn)在提取區(qū)域內(nèi)應(yīng)分布均勻且盡可能覆蓋所有地面，對(duì)于想要濾除的微小突起，也采集其頂點(diǎn)，將上述所有輪廓線插值點(diǎn)和離散地面點(diǎn)合并到一起構(gòu)造不規(guī)則三角網(wǎng)，此三角網(wǎng)為山地高度過濾面。

另外，對(duì)于平地高度過濾面，直接比較頂點(diǎn)高程與水平面高程；對(duì)于山地高度過濾面，采用傾斜測量數(shù)據(jù)的頂點(diǎn)水平座標(biāo)在此過濾面上查詢高度，若頂點(diǎn)高度大于過濾面高度值，則此點(diǎn)為地物頂點(diǎn)，否則認(rèn)為是地面點(diǎn)，將其忽略；若一個(gè)三角面的所有頂點(diǎn)都高于過濾面，則將此三角面標(biāo)記為地物三角面。

另外，所述步驟(3)中，采用復(fù)合區(qū)域并集運(yùn)算的方式為：

(a)將復(fù)合區(qū)域a與b分別作規(guī)范化處理，將邊界輪廓線處理為頂點(diǎn)按逆時(shí)針排列的封閉多線段，將空洞輪廓線處理為頂點(diǎn)按順時(shí)針排列的封閉多線段；

(b)計(jì)算區(qū)域a中的每一條輪廓線與區(qū)域b中的每一條輪廓線的交點(diǎn)，并將每個(gè)交點(diǎn)分別記錄在兩個(gè)輪廓線結(jié)構(gòu)內(nèi)，每個(gè)交點(diǎn)采用全局唯一交點(diǎn)號(hào)標(biāo)識(shí)；

(c)按照交點(diǎn)將每條輪廓線拆分為若干多線段，每條多線段記錄其起止交點(diǎn)號(hào)，所有多線段按其原先所屬區(qū)域分別歸入a、b兩個(gè)多線段組；

(d)過濾多線段，采用區(qū)域b過濾a組多線段，剔除處于區(qū)域b中的多線段，保留處于b外部的多線段；同理采用區(qū)域a過濾b組多線段；

(e)根據(jù)起止交點(diǎn)號(hào)從ab兩組中交替取出多線段進(jìn)行拼接，形成新的輪廓線；

(f)構(gòu)造并集復(fù)合區(qū)域c，將步驟(e)取得的輪廓線加入此區(qū)域，逆時(shí)針排列的輪廓線標(biāo)記為邊界，順時(shí)針排列的輪廓線標(biāo)記為空洞；

(g)獲取復(fù)合區(qū)域c中的所有最外層邊界輪廓線，作為地物邊界線。

另外，所述步驟(4)中，對(duì)于一個(gè)待拆分的三角面，首先計(jì)算三角形與當(dāng)前輪廓線的交點(diǎn)，若無交點(diǎn)則忽略此三角形；根據(jù)交點(diǎn)將輪廓線拆分為若干多線段，保留三角形范圍內(nèi)的多線段，刪除其他多線段；將原三角形的3個(gè)頂點(diǎn)與步驟(3)獲取的若干多線段的頂點(diǎn)重新構(gòu)造三角網(wǎng)，保證各個(gè)多線段作為三角形的邊出現(xiàn)在新構(gòu)造的三角網(wǎng)中，這些折線段可以被分割為若干段，但不能有缺失；三角形剖分完成后，將原三角形從場景三角網(wǎng)中刪除，代之以三角剖分生成的所有新三角形。

另外，所述步驟(4)中，對(duì)于場景圖元分組中的每個(gè)三角形，首先計(jì)算三角形水平中心點(diǎn)，將三角形三個(gè)頂點(diǎn)的平面坐標(biāo)(xy)分別相加再除以3，得三角形中心點(diǎn)坐標(biāo)；其次判定三角形中心點(diǎn)是否在地物輪廓內(nèi)；最后分離地物圖元，如果當(dāng)前三角形在輪廓多邊形內(nèi)，則將其從場景分塊的地形分組中移除，并加入到當(dāng)前地物分組中，如果不在輪廓多邊形內(nèi)，則忽略。

另外，所述步驟(5)中，地物的圖元信息，從三維場景中獲取地物圖元信息需要指定地物id以及模型的精度等級(jí)，從根節(jié)點(diǎn)開始逐級(jí)查詢，直到到達(dá)指定等級(jí)的節(jié)點(diǎn)，若節(jié)點(diǎn)圖元數(shù)據(jù)未加載，則從相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件加載，根據(jù)id獲取指定的圖元組，打包為需要的格式，逐級(jí)返回到根節(jié)點(diǎn)。

另外，所述步驟(5)中，射線碰撞檢測為：首先將三維圖形窗口中的鼠標(biāo)點(diǎn)擊位置轉(zhuǎn)換為三維空間中的射線，再將射線與傾斜測量場景中每個(gè)可視節(jié)點(diǎn)中的地物分組進(jìn)行碰撞檢測，若碰撞距離小于當(dāng)前最小碰撞距離，則記錄當(dāng)前點(diǎn)以及命中的三角面所屬的地物id，處理完所有的可視節(jié)點(diǎn)就得到命中的傾斜測量地物。

另外，所述步驟(5)中，距離計(jì)算為：計(jì)算電力線等帶電體與地物之間的距離，采用地物的最高精度圖元計(jì)算，對(duì)于每個(gè)地物，獲取其最高精度等級(jí)三角網(wǎng)數(shù)據(jù)，依次計(jì)算這些三角面與電線的距離并取最小值。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

原始傾斜測量場景采用樹狀存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。整個(gè)場景為根節(jié)點(diǎn)，由多個(gè)場景塊子節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。每個(gè)子節(jié)點(diǎn)除了擁有自身的三角面圖元集，還包含若干個(gè)更高精度等級(jí)場景塊子節(jié)點(diǎn)。如此逐層細(xì)分下去，直到最高等級(jí)子節(jié)點(diǎn)。場景節(jié)點(diǎn)精度等級(jí)越高，其細(xì)節(jié)越豐富，而面積范圍越小。渲染場景時(shí)根據(jù)節(jié)點(diǎn)到攝像機(jī)(代表三維場景中的觀察者)的距離決定是渲染當(dāng)前節(jié)點(diǎn)圖元集還是渲染子節(jié)點(diǎn)。

本發(fā)明提供的傾斜測量場景房屋樹木提取方法，針對(duì)以上樹狀存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的傾斜測量場景數(shù)據(jù)進(jìn)行地物切割分離操作，參見圖1，包括以下步驟：

1)設(shè)定地物提取區(qū)域

地物提取區(qū)域定義要提取地物的范圍，該區(qū)域由若干邊界輪廓線和若干空洞輪廓線組成。邊界輪廓線定義提取區(qū)域的外部范圍界線，空洞輪廓線定義提取區(qū)域的內(nèi)部范圍界線，用于排除區(qū)域內(nèi)不需要提取的部分(排除不需要處理的部分可以提高后續(xù)處理速度)，即邊界以內(nèi)空洞以外的為地物提取區(qū)域?？刹捎脙煞N方式設(shè)定地物提取區(qū)域，一是手工選取邊界輪廓線及空洞輪廓線，二是從文件加載預(yù)存的區(qū)域數(shù)據(jù)。

(1)手工定義地物提取區(qū)域

初次提取地物時(shí)可通過在三維場景中逐個(gè)選取轉(zhuǎn)角點(diǎn)定義若干封閉多線段，即輪廓線。每個(gè)輪廓線代表區(qū)域的一個(gè)邊界或空洞，一個(gè)邊界及其內(nèi)部若干空洞定義一個(gè)連續(xù)區(qū)域。所有的輪廓線應(yīng)為簡單多邊形，即同一個(gè)多邊形的任意兩條線段之間不存在相交情況。任意兩個(gè)輪廓線不應(yīng)相交。每個(gè)輪廓線應(yīng)附加屬性，以區(qū)別是邊界還是空洞。

一般情況下，定義的提取區(qū)域應(yīng)包圍地物水平投影的所有點(diǎn)且面積盡量小，以保證獲取完整且邊界正確的地物，但為了縮短人工處理時(shí)間，也可以定義比較粗糙的提取區(qū)域，而由后續(xù)的自動(dòng)處理環(huán)節(jié)進(jìn)行精細(xì)處理。另外，在電力線路設(shè)計(jì)中為減小地物與電線之間距離的計(jì)算量，提高校核速度，也可以僅選取地物中距離線路較近的一部分，這是符合電力線路設(shè)計(jì)實(shí)際情況的。

(2)使用已有地物提取區(qū)域數(shù)據(jù)

手工定義的提取區(qū)域數(shù)據(jù)可以保存到文件中，需要再次使用時(shí)從文件加載并直接作用于傾斜測量場景。特別適用于將原有場景數(shù)據(jù)更換為更高精度場景數(shù)據(jù)的情況，省去了重新逐個(gè)手工定義地物提取區(qū)域的繁瑣操作。文件中的區(qū)域數(shù)據(jù)保存了地物id，創(chuàng)建時(shí)間等信息，重新選取地物時(shí)應(yīng)以上次創(chuàng)建時(shí)相同的順序進(jìn)行。

2)設(shè)定高度過濾面

高度過濾面是這樣一個(gè)曲面，其水平范圍由地物提取區(qū)域限制，高程隨范圍內(nèi)的地勢高低變化起伏(或者為常量)。該過慮面高于背景地形(包括地面以及附著在地面上的低矮植被、車輛等)，且低于要提取地物主體部分的最低高度，于是地物高于過濾面的部分就形成了一個(gè)個(gè)“孤島”，將所有的孤島三角面取出并投影到水平面，其投影外輪廓即為地物的邊界線。此種算法對(duì)于具有垂直外墻面的建筑物以及下部向內(nèi)凹陷的樹木等地物準(zhǔn)確度尤為高。

為兼顧地物提取的效率與準(zhǔn)確度，將高度過濾面分為平地和山地兩種。若地物所處地形為平地或地物主體部分遠(yuǎn)高于地面及地面上的微小起伏(植被、車輛等)，可采用水平面作為過濾面。水平面的好處是判別三角面的頂點(diǎn)處于過濾面上方還是下方及其簡單快速，只要將三角面頂點(diǎn)的高度值與過慮面高度值直接作大小比較即可。具體做法是根據(jù)上一步定義的區(qū)域邊界輪廓線和空洞輪廓線構(gòu)造三角網(wǎng)，且三角網(wǎng)上的所有頂點(diǎn)都設(shè)為同一個(gè)高度，即該平面為提取區(qū)域的水平投影面。

若地物所處地形不夠平整，如山坡河堤等，或者地物主體高度較低，不容易與地面突起相區(qū)分，則應(yīng)采用由用戶定義的山地高度過濾面，該過濾面隨地勢起伏變化。此種方法速度較慢，但準(zhǔn)確度高，可以省去后期對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的調(diào)整修正時(shí)間，總體上效率較高。具體做法為，首先將上一步定義提取區(qū)域的邊界輪廓線和空洞輪廓線按一定的水平間隔進(jìn)行插值處理，再查詢傾斜測量數(shù)據(jù)獲取每一個(gè)點(diǎn)的高程，此步驟自動(dòng)完成，無需操作人員干預(yù)；由操作人員通過鼠標(biāo)點(diǎn)選的方式添加若干地面點(diǎn)，地面點(diǎn)在提取區(qū)域內(nèi)應(yīng)分布均勻且盡可能覆蓋所有地面，對(duì)于想要濾除的微小突起，也應(yīng)采集其頂點(diǎn)。將上述所有輪廓線插值點(diǎn)和離散地面點(diǎn)合并到一起構(gòu)造不規(guī)則三角網(wǎng)，此三角網(wǎng)即為山地高度過濾面。

過濾面構(gòu)造完成后，操作人員手工調(diào)整此過濾面高度，直至滿足如下要求：(1)所要提取的地物主體部分位于過濾面之上；(2)地面及地面突起都位于過濾面之下。若無法達(dá)到此要求，則修改提取區(qū)域使之避開無法濾除的部分，或者添加地面點(diǎn)重新構(gòu)造過濾面，直至滿足要求為止。

對(duì)于水平過濾面，直接比較頂點(diǎn)高程與水平面高程；對(duì)于山地過濾面，采用傾斜測量數(shù)據(jù)的頂點(diǎn)水平座標(biāo)在此過濾面上查詢高度。若頂點(diǎn)高度大于過濾面高度值，則此點(diǎn)為地物頂點(diǎn)，否則認(rèn)為是地面點(diǎn)，將其忽略。若一個(gè)三角面的所有頂點(diǎn)都高于過濾面，則將此三角面標(biāo)記為地物三角面。

3)計(jì)算地物邊界

根據(jù)上一步取得的所有地物三角面自動(dòng)計(jì)算地物邊界輪廓線。這里采用復(fù)合區(qū)域并集運(yùn)算的方式進(jìn)行處理。復(fù)合區(qū)域是指這樣的一種區(qū)域(見圖2)：

(1)復(fù)合區(qū)域由至少一個(gè)獨(dú)立子區(qū)域組成；

(2)獨(dú)立子區(qū)域是指由一個(gè)連續(xù)的最外層邊界輪廓線包圍的區(qū)域；

(3)最外層邊界是指不被其他任意輪廓線包圍的邊界輪廓線；

(4)每個(gè)邊界輪廓線(不局限于最外層邊界輪廓線)可以包圍若干空洞輪廓線，空洞輪廓線必須處于邊界輪廓線內(nèi)；

(5)每個(gè)空洞輪廓線內(nèi)可以包圍若干邊界輪廓線；

(6)邊界輪廓線之間不可以直接嵌套；

(7)空洞輪廓線之間不可以直接嵌套；

(8)所有輪廓線應(yīng)為簡單多邊形，所有輪廓線不得相交。

兩個(gè)復(fù)合區(qū)域(設(shè)分別為a與b)并集運(yùn)算規(guī)則如下(參見圖3)：

(1)將復(fù)合區(qū)域a與b分別作規(guī)范化處理，將邊界輪廓線處理為頂點(diǎn)按逆時(shí)針排列的封閉多線段，將空洞輪廓線處理為頂點(diǎn)按順時(shí)針排列的封閉多線段；

(2)計(jì)算區(qū)域a中的每一條輪廓線與區(qū)域b中的每一條輪廓線的交點(diǎn)，并將每個(gè)交點(diǎn)分別記錄在兩個(gè)輪廓線結(jié)構(gòu)內(nèi)。每個(gè)交點(diǎn)采用全局唯一交點(diǎn)號(hào)標(biāo)識(shí)，此外還需點(diǎn)坐標(biāo)，在當(dāng)前輪廓線交點(diǎn)中的順序號(hào)等；

(3)按照交點(diǎn)將每條輪廓線拆分為若干多線段，每條多線段記錄其起止交點(diǎn)號(hào)。所有多線段按其原先所屬區(qū)域分別歸入a、b兩個(gè)多線段組；

(4)過濾多線段。采用區(qū)域b過濾a組多線段，剔除處于區(qū)域b內(nèi)部的多線段，保留處于b外部的多線段；同理采用區(qū)域a過濾b組多線段；

(5)拼接多線段，形成新的輪廓線。具體做法為，從a組多線段中取出一條多線段a1，在區(qū)域b中查找以多線段a1終止點(diǎn)號(hào)作為起始點(diǎn)號(hào)的多線段b1，將其拼接在當(dāng)前多線段之后，并修改終止點(diǎn)點(diǎn)號(hào)為b1的終止點(diǎn)點(diǎn)號(hào)，形成新的多線段a1b1；再從區(qū)域a中查找以a1b1終止點(diǎn)號(hào)為起始點(diǎn)號(hào)的多線段a2并拼接于其后，形成多線段a1b1a2。如此循環(huán)交替進(jìn)行，直到形成一條閉合多線段，即為一條合并后的輪廓線。每條使用過的多線段都要從原組中刪除。重復(fù)上述操作，直到處理完所有的多線段；

(6)構(gòu)造并集復(fù)合區(qū)域c，將步驟(5)取得的輪廓線加入此區(qū)域，逆時(shí)針排列的輪廓線標(biāo)記為邊界，順時(shí)針排列的輪廓線標(biāo)記為空洞；

(7)獲取復(fù)合區(qū)域c中的所有最外層邊界輪廓線，即為地物邊界線。

具體在本專利中，先初始化一個(gè)空的復(fù)合區(qū)域a，然后將每一個(gè)三角面作為復(fù)合區(qū)域b與a進(jìn)行并集運(yùn)算，得到并集區(qū)域c。再將區(qū)域c作為新的區(qū)域a，與下一個(gè)三角面區(qū)域b做并集運(yùn)算，如此循環(huán)，直到處理完所有的三角面。提取最終運(yùn)算結(jié)果區(qū)域c中的所有最外邊界輪廓線，即為地物包絡(luò)線。

4)地物提取

采用步驟3)計(jì)算所得的地物輪廓線從傾斜測量數(shù)據(jù)中提取地物。首先采用輪廓線對(duì)傾斜測量數(shù)據(jù)三角網(wǎng)進(jìn)行三角剖分，剖分后處于輪廓線內(nèi)的所有三角面即為地物圖元。

(1)三角剖分

對(duì)于一個(gè)待拆分的三角面，首先計(jì)算三角形與當(dāng)前輪廓線的交點(diǎn)，若無交點(diǎn)則忽略此三角形。根據(jù)交點(diǎn)將輪廓線拆分為若干多線段。保留三角形范圍內(nèi)的多線段，刪除其他多線段。

將原三角形的3個(gè)頂點(diǎn)與上一步獲取的若干多線段的頂點(diǎn)重新構(gòu)造三角網(wǎng)。構(gòu)造三角網(wǎng)可采用比較流行的德洛奈三角剖分法(delaunaytriangulation)。需要注意的是，要保證各個(gè)多線段作為三角形的邊出現(xiàn)在新構(gòu)造的三角網(wǎng)中，這些折線段可以被分割為若干段，但不能有缺失。

三角形剖分完成后，將原三角形從場景三角網(wǎng)中刪除，代之以三角剖分生成的所有新三角形。

以上僅為處理一個(gè)三角形的情況，需要依次處理當(dāng)前場景分塊的其他所有三角形。再依次擴(kuò)大到當(dāng)前精度等級(jí)的其他場景分塊，其他精度等級(jí)的傾斜測量場景數(shù)據(jù)。

剖分時(shí)可采用輪廓包圍框與場景分塊包圍框不相交作為快速剔除手段，而不必每個(gè)三角形都詳細(xì)計(jì)算。

(2)分離地物

在原場景節(jié)點(diǎn)中，將當(dāng)前地物輪廓內(nèi)的所有三角面提取出來，存儲(chǔ)為單獨(dú)的地物圖元分組，并采用地物的id加以標(biāo)識(shí)。此圖元分組即為地物在當(dāng)前場景節(jié)點(diǎn)中的圖元分組。

對(duì)于場景圖元分組中的每個(gè)三角形，執(zhí)行如下操作：

首先計(jì)算三角形水平中心點(diǎn)。將三角形三個(gè)頂點(diǎn)的平面坐標(biāo)(xy)分別相加再除以3，即可得三角形中心點(diǎn)坐標(biāo)。

其次判定三角形中心點(diǎn)是否在地物輪廓內(nèi)?；舅惴椋簶?gòu)造一條原點(diǎn)為三角形中心點(diǎn)，且方向?yàn)?1，0)的射線。計(jì)算射線與地物輪廓多邊形相交的情況，每當(dāng)射線與多邊形的一條邊相交時(shí)，就進(jìn)行一次從內(nèi)到外的轉(zhuǎn)換或者相反的轉(zhuǎn)換。記錄跟蹤穿過多邊形次數(shù)的奇偶性，穿過奇數(shù)次說明三角形中心點(diǎn)位于多邊形內(nèi)，偶數(shù)次說明位于多邊形外。

最后分離地物圖元。如果當(dāng)前三角形在輪廓多邊形內(nèi)，則將其從場景分塊的地形分組中移除，并加入到當(dāng)前地物分組中。如果不在輪廓多邊形內(nèi)，則忽略。

依次處理當(dāng)前場景分塊的所有其他三角形。處理完成后原先場景節(jié)點(diǎn)中的圖元被分為一個(gè)地形分組和多個(gè)地物分組(分別屬于多個(gè)地物)。地物圖元分組用地物id標(biāo)記，并可以可通過地物id進(jìn)行圖元提取或設(shè)置顏色等操作。

將上述操作擴(kuò)大到當(dāng)前等級(jí)的其他場景節(jié)點(diǎn)，以確保地物完整性；再擴(kuò)大到其他等級(jí)數(shù)據(jù)，從而保證地物與地形數(shù)據(jù)的精度一致性。

5)地物操作

地物操作主要包括獲取地物圖元數(shù)據(jù)、距離計(jì)算、射線碰撞檢測地物模型相關(guān)操作，以及地物屬性信息的添加與檢索操作。

①獲取圖元信息

某些情況下需要使用地物的圖元信息，如將地物模型導(dǎo)出為指定格式的文件供別的程序使用等。從三維場景中獲取地物圖元信息需要指定地物id以及模型的精度等級(jí)。從根節(jié)點(diǎn)開始逐級(jí)查詢，直到到達(dá)指定等級(jí)的節(jié)點(diǎn)。若節(jié)點(diǎn)圖元數(shù)據(jù)未加載，則從相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件加載。根據(jù)id獲取指定的圖元組，打包為需要的格式，逐級(jí)返回到根節(jié)點(diǎn)。

②射線碰撞檢測

三維線路設(shè)計(jì)中經(jīng)常需要用鼠標(biāo)選中地物以執(zhí)行其他操作。首先將三維圖形窗口中的鼠標(biāo)點(diǎn)擊位置轉(zhuǎn)換為三維空間中的射線，再將射線與傾斜測量場景中每個(gè)可視節(jié)點(diǎn)中的地物分組進(jìn)行碰撞檢測，若碰撞距離小于當(dāng)前最小碰撞距離，則記錄當(dāng)前點(diǎn)以及命中的三角面所屬的地物id，處理完所有的可視節(jié)點(diǎn)即可得到命中的傾斜測量地物(也可能命中地形或沒有點(diǎn)中任何物體)。

③距離計(jì)算

電力線路設(shè)計(jì)中導(dǎo)入地物的主要目的是計(jì)算電力線等帶電體與地物之間的距離，并與設(shè)計(jì)規(guī)范中的安全距離作比較以判別當(dāng)前設(shè)計(jì)是否合理。由于電氣校核要求精度高，因此應(yīng)該采用地物的最高精度圖元計(jì)算，即對(duì)于每個(gè)地物，獲取其最高精度等級(jí)三角網(wǎng)數(shù)據(jù)，依次計(jì)算這些三角面與電線的距離并取最小值。

④附加屬性信息

對(duì)于每個(gè)地物創(chuàng)建一個(gè)屬性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采用地物id標(biāo)識(shí)。地物屬性可分為共有屬性和私有屬性兩類，共有屬性適用于每一種地物，包含地物類別、地物名稱、地物顏色、是否顯示等；私有屬性適用于某一種或幾種地物，如房屋高度、所有者、樹木高度等。地物屬性可與地物輪廓合并保存到數(shù)據(jù)文件中，以便下次讀取。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。