一种基于遥感影像确定城市三维重心的方法及其应用的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供了一种基于遥感影像确定城市三维重心的方法，所述方法利用城市的遥感影像，结合城市地籍、地形数据，提取目标城市的各个建筑的轮廓和相应高度。然后，按预定的正方形格网将城市建筑高度和轮廓数据划分成一个个标准单元，确定各个格网(单元)的建筑高度，进而构建建筑高度等值线。最后，基于目标区域的建筑高度等值线构建目标区域的三维模型，并基于三维模型计算目标区域的三维重心。本发明能够准确快速地确定出城市或城市某一区域的三维重心。因为三维重心可从平面尺度、立体高度等角度对城市的区位中心进行测度，所以利用三维重心来进行商业中心的布局、基础设施建设项目的选址比利用二维重心来辅助决策要更加科学。
【专利说明】一种基于遥感影像确定城市三维重心的方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像处理领域，具体涉及一种基于城市影像确定城市三维重心的方法 及该方法的应用。
【背景技术】
[0002] 城市作为人类活动最为活跃的空间区域，其形态在城市形成与发展的时空过程中 不断发生着变化，同时也反映着这一过程的特征和规律。在城市建设、土地管理等领域，都 需要掌握城市的发展趋势状况，以便基于城市的当前发展状况进一步对新建建筑进行规 划、设计、选址等工作。在对城市的发展趋势进行研宄过程中，获得城市重心及其变化过程 是至关重要的。
[0003] 很多学者都对城市形态的演变和重心转移规律进行了深入研宄。在相关研宄中， 张树清等在矢量景观理论中对于单个地理对象的空间重心给出了理论定义和公式推导，匡 文慧等人在此基础上提出空间重心转移距离和重心转移角度两项指标，用以进一步分析重 心转移的距离和方向性，并在近几年的城市土地扩张和形态演化等相关研宄中得到了广泛 应用。同时，重心的研宄方法也被拓展应用于人口重心、经济重心、景观空间重心、生态服务 重心和土地利用重心等的研宄中，它是将重心作为一种加权平均中心，以人口、经济总量、 各类土地资源面积等作为权重参考，以经炜度坐标或者直角坐标为基础计算得到的。
[0004] 当前对城市重心的研宄多基于城市平面形态获得城市二维重心。在城市垂向伸展 日益显著的背景下，非常有必要对城市的三维重心进行变化分析。因为三维重心更能够反 映出城市人口的集聚和经济发展的态势，以及城市区位中心的移动方向。
[0005] 但是，现有的城市重心研宄方法只能够获得城市二维重心的发展和变化，还无法 得到城市三维重心。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明提出了一种基于城市的遥感影像确定城市三维重心的方 法，并且，本发明将该方法应用于商业中心的布局、基础设施建设项目的选址中，以便提高 商业中心和基础设施的利用效率。
[0007] 具体而言，本发明提供了一种基于遥感影像确定城市三维重心的方法，其特征在 于，所述方法包括如下步骤：
[0008] 步骤1，获取目标城市的一个或多个目标区域的影像以及所述目标区域的城市地 籍和/或地形数据；
[0009] 步骤2,对所获取的影像进行预处理；
[0010] 步骤3,基于所获取的影像以及所述目标区域的城市地籍和/或地形数据提取所 述目标区域的各个建筑的轮廓；
[0011] 步骤4,基于所获取的影像以及所述目标区域的城市地籍和/或地形数据提取所 述目标区域的各个建筑的高度；
[0012] 步骤5,以预定尺度绘制覆盖所述目标区域的正方形格网，所述正方形格网具有若 干正方形标准单元；
[0013] 步骤6,基于所获得的所述目标城市的各个建筑的轮廓和高度数据，采用所绘制的 所述目标区域的正方形格网将各建筑划分在所述正方形格网的一个个的标准单元内；
[0014] 步骤7,计算所述正方形格网的每个标准单元内的建筑总体积，从而计算出每个标 准单元内的平均建筑高度；
[0015] 步骤8,基于所述正方形格网的每个标准单元内的平均建筑高度，生成所述目标区 域的建筑高度等值线；
[0016] 步骤9,基于所生成的所述目标区域的建筑高度等值线获得所述目标区域的三维 立体模型；
[0017] 步骤10,沿水平面方向对所述三维立体模型进行分割，以获得与水平面平行的若 干建筑薄层；
[0018] 步骤11，分别计算每个建筑薄层的重心的平面坐标（X，y)和高度坐标（z);
[0019] 步骤12,基于各个建筑薄层重心的三维坐标及各个薄层的体积计算各薄层的组合 体的重心的三维坐标。
[0020] 进一步地，所述步骤4中，提取所述目标区域的各个建筑的高度的步骤包括：
[0021] 步骤4-1，获取所述目标区域内若干已知建筑物的高度数据；
[0022] 步骤4-2,基于所述影像，对于所述目标区域中的每个建筑，评估该建筑的多条特 征线的提取难度；
[0023] 步骤4-3,对于每个建筑，基于对多条特征线的提取难度的评估，选取最低难度的 特征线；
[0024] 步骤4-4,从所述影像中提取选定的特征线；
[0025] 步骤4-5,基于所述目标区域内已知的建筑物高度数据反算所述影像的摄取参 数；
[0026] 步骤4-6,基于所选定特征线的长度、所述摄取参数，计算所述目标区域内，每个未 知建筑的高度。
[0027] 进一步地，所述方法还包括判断所述影像是单景影像还是多景影像的镶嵌，如果 所述影像为多景影像的镶嵌，则在所述高度提取的步骤中，分别针对各景影像进行参数计 算和高度提取。
[0028] 进一步地，所述步骤11中，每个建筑薄层的重心的平面坐标等于该建筑薄层的形 心的坐标，每个建筑薄层的重心的高度坐标为：
【权利要求】
1. 一种基于影像确定城市三维重心的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： 步骤1，获取目标城市的一个或多个目标区域的影像以及所述目标区域的城市地籍和 /或地形数据； 步骤2,对所获取的影像进行预处理； 步骤3,基于所获取的影像以及所述目标区域的城市地籍和/或地形数据提取所述目 标区域的各个建筑的轮廓； 步骤4,基于所获取的影像以及所述目标区域的城市地籍和/或地形数据提取所述目 标区域的各个建筑的高度； 步骤5,以预定尺度绘制覆盖所述目标区域的正方形格网，所述正方形格网具有若干正 方形标准单元； 步骤6,基于所获得的所述目标城市的各个建筑的轮廓和高度数据，采用所绘制的所述 目标区域的正方形格网将各建筑划分在所述正方形格网的一个个的标准单元内； 步骤7,计算所述正方形格网的每个标准单元内的建筑总体积，从而计算出每个标准单 元内的平均建筑高度； 步骤8,基于所述正方形格网的每个标准单元内的平均建筑高度，生成所述目标区域的 建筑高度等值线； 步骤9,基于所生成的所述目标区域的建筑高度等值线获得所述目标区域的三维立体 丰旲型； 步骤10,沿水平面方向对所述三维立体模型进行分割，以获得与水平面平行的若干建 筑薄层； 步骤11，分别计算每个建筑薄层的重心的平面坐标（X，y)和高度坐标（Z); 步骤12,基于各个建筑薄层重心的三维坐标及各个薄层的体积计算各薄层的组合体的 重心的三维坐标。
2. 根据权利要求1所述的确定城市三维重心的方法，其特征在于，所述步骤4中，提取 所述目标区域的各个建筑的高度的步骤包括： 步骤4-1，获取所述目标区域内若干已知建筑物的高度数据； 步骤4-2,基于所述影像，对于所述目标区域中的每个建筑，评估该建筑的多条特征线 的提取难度； 步骤4-3,对于每个建筑，基于对多条特征线的提取难度的评估，选取最低难度的特征 线； 步骤4-4,从所述影像中提取选定的特征线； 步骤4-5,基于所述目标区域内已知的建筑物高度数据反算所述影像的摄取参数； 步骤4-6,基于所选定特征线的长度、所述摄取参数，计算所述目标区域内，每个未知建 筑的高度。
3. 根据权利要求2所述的确定城市三维重心的方法，其特征在于，所述方法还包括判 断所述影像是单景影像还是多景影像的镶嵌，如果所述影像为多景影像的镶嵌，则在所述 高度提取的步骤中，分别针对各景影像进行参数计算和高度提取。
4. 根据权利要求1所述的确定城市三维重心的方法，其特征在于， 所述步骤11)中，每个建筑薄层的重心的平面坐标等于该建筑薄层的形心的坐标，每 个建筑薄层的重心的高度坐标为：Z, =(i-l) +S， 其中，i为"建筑薄层"所在的层数；h为"建筑薄层"的厚度，即两条建筑高度等值线数 值之差。
5. 根据权利要求4所述的确定城市三维重心的方法，其特征在于，所述目标区域的三 维重心的坐标为：
式中，?、?为城市三维重心的坐标，X^ypZi为第i个"建筑薄层"的三维重心的 坐标，Vi为第i个"建筑薄层"的体积，等于"建筑薄层"面积与厚度h的乘积。
6. 根据权利要求1所述的确定城市三维重心的方法，其特征在于，所述方法还包括计 算所述目标城市的三维重心的转移距离，计算公式如下：
其中，Dt+1为三维空间重心转移距离，孓、义、^为基于在第一时间获得的所述目标 城市的影像计算所得的所述目标城市的三维重心的坐标，;--+1、义+1、为基于在第二时 间获得的所述目标城市的影像计算所得的所述目标城市的三维重心的坐标。
7. 根据权利要求6所述的确定城市三维重心的方法，其特征在于，所述方法还包括计 算三维重心转移距离在xoy平面上的投影距离D' t+1:
8. -种基于权利要求1-7中任意一项所述方法获得的城市三维重心的应用，其特征在 于，所述应用包括：基于所获得的城市三维重心为商业中心进行选址，使得所述商业中心位 于所述三维重心的预定距离之内。
9. 一种基于权利要求1-7中任意一项所述方法获得的城市三维重心的应用，其特征在 于，所述应用包括：基于所获得的三维重心为基础设施建设项目选址服务。
10. -种基于权利要求1-7中任意一项所述方法获得的城市三维重心的应用，其特征 在于，所述应用包括：基于所获得的三维重心进行城市发展方向和重点发展区位的选择。
【文档编号】G06Q50/26GK104463970SQ201410817213
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】刘彦随, 乔伟峰, 王介勇, 王亚华, 项灵志 申请人:中国科学院地理科学与资源研究所