1.一种基于深度学习的建筑三维点云线特征提取方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1:建筑点云数据预处理,对建筑点云进行切片,根据输入像素大小将切片点云投影为占用概率图像,根据点云密度计算每个像素中心的PCA1主成分,生成PCA1图像;
步骤S2:制作深度学习训练样本数据集,根据投影切片的二维图像标注线要素,构建用于影像切割的特定尺寸的正方形渔网,通过渔网分割栅格和矢量图层,建立训练样本图像和标注,其中包括将占用概率图像和PCA1图像切块为小的训练图像,以及生成对应JSON格式的矢量标注文件;
步骤S3:在模型训练阶段,将训练样本图像和标注文件进行预处理,将训练样本代入线特征提取神经网络LALine‑Net进行训练,得到神经网络模型参数;
步骤S4:在模型预测阶段,对输入的激光点云数据自动完成图像投影和分块,利用线特征提取神经网络LALine‑Net提取线特征,并通过线特征坐标转换与融合得到初始的建筑轮廓矢量线;
步骤S5:线特征重拟合与优化,对初始的建筑轮廓矢量线,判断落在每一条边的点集,利用选权迭代法拟合新的直线参数,根据线段的邻接关系,修正线段交点;
在步骤S1中,建筑点云数据预处理的具体实现步骤为:
步骤S11:对建筑点云进行切片,根据输入像素大小将切片点云投影为占用概率图像;
步骤S12:遍历每一个占用像素,通过权重中心搜索近邻,通过特征值分解得到特征向量,转换为角度值,作为像素的值,生成PCA1图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的建筑三维点云线特征提取方法,其特征在于,在步骤S3中,模型训练的具体实现步骤为:步骤S31:首先设计用于激光点云切片线特征提取的线特征提取神经网络LALine‑Net,线特征提取神经网络LALine‑Net包含一个主干网络和两个分支网络,主干网络采用U‑Net提取图像特征,结构包含5个编码结构和4个解码结构,每个编码结构包含2个卷积层和1个池化层,每个解码结构包含1个反卷积和2次卷积;两个分支网络兼顾全局和局部特征,其中一个包含2个卷积和1个归一化层,输出距离场;另一个包含2个卷积和1个全连接层,输出角度场;损失函数为归一化距离场与角度场损失的和;
步骤S32:使用PyTorch完成深度神经网络的编码,网络输入的点云切片图像尺寸是
320*320,经过多个卷积层处理,采用Adam优化算法以缩小损失值为目标,当损失值缩小至给定的阈值范围内,则训练结束,得到最优的线特征提取神经网络LALine‑Net模型参数;
步骤S33:对模型训练结果进行评价,通过调整训练参数、训练样本增强,进一步提高模型的精度。
3.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的建筑三维点云线特征提取方法,其特征在于,在步骤S4中,模型预测的具体实现步骤为:步骤S41:对输入的激光点云数据自动完成图像投影和分块,每个分块图像记录其左上角点坐标;
步骤S42:利用已经训练完成的线特征提取神经网络LALine‑Net处理影像最终得到高精度线特征提取结果;
步骤S43:通过线特征坐标转换与融合得到初始的建筑轮廓矢量线。
4.根据权利要求1所述的一种基于深度学习的建筑三维点云线特征提取方法,其特征在于,在步骤S5中,线特征重拟合与优化的具体实现步骤为:步骤S51:对初始的建筑轮廓矢量线,判断落在每一条边的点集,如果点到直线的距离小于给定阈值,则加入直线点集合PL;
步骤S52:对每一个直线点集合PL,利用选权迭代法拟合新的直线参数;
步骤S53:根据线段的邻接关系,修正线段交点。