1.一种复杂几何形态建筑物的实例分割与结构化拓扑重建方法,其特征在于:包括以下步骤:S1、建筑物点云实例分割:采用SoftGroup网络对无人机LiDAR点云进行语义解析,输出包含各建筑组件语义标签的独立部件实例,通过点云实例掩码实现各建筑组件的精细化分割;
S2、几何基元提取:根据语义标签对实例点云进行分组,执行差异化几何拟合;
S3、邻接矩阵构建:基于实例掩码的空间邻近性生成邻接矩阵,判定两实例邻接关系;
S4、边界线提取:对于任意两个相邻结构实例,根据其结构类型组合进行断裂线建模;
S5、特征顶点提取:通过多平面交线求解和柱体端点截取提取建筑关键连接点,结合包围盒角点提取辅助几何边界表达,共同形成结构化的拓扑连接点集合;
S6、边界正则化约束:通过几何分组、主方向提取与联合优化构建分层约束模型。
2.根据权利要求1所述的一种复杂几何形态建筑物的实例分割与结构化拓扑重建方法,其特征在于:所述步骤S1中,采用SoftGroup网络,实例分割阈值τ=0.8,实例点云的最小包围盒尺寸≥1m3,消除尺寸小于阈值的噪声部件。
3.根据权利要求1所述的一种复杂几何形态建筑物的实例分割与结构化拓扑重建方法,其特征在于:所述步骤S2中,执行差异化几何拟合包括:对平面类语义部件采用RANSAC算法拟合平面方程:
得到法向量,其中为平面参数;
对柱类语义部件拟合圆柱轴向向量及半径,构建柱体参数模型;
对锥形顶、半球顶类语义部件,提取最高点坐标作为结构中心,并记录包围球半径。
4.根据权利要求1所述的一种复杂几何形态建筑物的实例分割与结构化拓扑重建方法,其特征在于:所述步骤S3中,判定两实例邻接关系包括计算其点云间最小欧氏距离:其中为邻接矩阵元素,表示实例是否相邻,为空间邻近性阈值。
5.根据权利要求1所述的一种复杂几何形态建筑物的实例分割与结构化拓扑重建方法,其特征在于:所述步骤S4中,对于任意两个相邻结构实例,根据其结构类型组合进行断裂线建模包括:对于平面间交线,联立两平面方程:
求参数化交线,其中,为表示直线上的点的位置,为平面和法向量,为两面交线上的任意一点;
对于锥形顶或半球顶与支撑结构边界交线,采用椭圆曲线段近似,局部坐标系下方程为:,连接结构顶点形成近似锥体骨架,椭圆曲线段长轴取包围球半径,短轴取0.8,并通过Levenberg-Marquardt算法优化椭圆参数。
6.根据权利要求5所述的一种复杂几何形态建筑物的实例分割与结构化拓扑重建方法,其特征在于:所述步骤S5中,对于屋顶三平面相交的情况,联立平面方程构建线性方程组,采用克拉默法则直接求解三维空间交点坐标,其中为平面方程;对于语义标签为锥顶或者半球顶的实例,直接取拟合模型的顶点坐标或球心;对于语义标签为柱体的实例,沿柱轴方向取上下端点;对于语义标签为竖直墙面的实例点云,投影至法向量方向的二维平面,计算轴向包围盒,提取四角点作为轮廓顶点。
7.根据权利要求1所述的一种复杂几何形态建筑物的实例分割与结构化拓扑重建方法,其特征在于:所述步骤S6中,构建分层约束模型包括:首先,对边界线进行几何分组,将其划分为正交约束组和自由形态组;然后,对正交约束组提取主方向,对中边界方向角进行K-means聚类(k=2),强制正交约束,生成主方向向量集;最后,对提取的建筑物边界线进行联合优化:定义目标函数,其中:,强制正交组边界对齐主方向;,通过邻接矩阵维护端点连续性;采用Levenberg-Marquardt算法优化边界端点坐标,自由组仅参与计算以保持拓扑连通性,最终获得首尾相连、符合拓扑连通性规则的建筑物轮廓结构。