本發明涉及圖像處理，具體而言，涉及一種基于空間拓撲約束的外立管多源數據協同識別方法。
背景技術：
1、建筑物外立面上廣泛布置有給水外立管、排水外立管和燃氣外立管等立管設施，隨著城鎮建筑存量增大和建筑高度增加，運維部門需要依托數字化手段在不搭腳手架、不逐點敲檢的條件下，利用建筑外立面圖像數據、建筑外立面點云數據以及建筑信息模型數據、外立管運維臺賬數據，對外立管進行統一坐標系下的定位、識別和資產化管理。現有工程實踐中，已經出現了利用無人機傾斜影像、三維激光掃描點云和全景影像進行多源數據融合和三維建模的方案，通過圖像處理和三維重建手段獲取建筑外立面的幾何形態和表面狀態。
2、然而，現有技術多側重于建筑整體外立面的三維重建或缺陷識別，缺少面向外立管這一線狀目標的專門建模和識別機制。例如，專利文獻cn119273853b提出了一種基于空地多源數據融合的精細化三維建模方法及系統，通過融合無人機傾斜攝影、掃描點云數據和全景視頻數據，并在多源數據上進行粗精配準和表面重建，實現復雜建筑環境的精細三維建模。但該類方案通常將外立管與其他外立面構件一并作為建筑表面的一部分進行重建，缺少在統一坐標系下針對外立管建立垂直連續性、支架間距、樓層對齊和組合布置等空間拓撲約束庫，也未將建筑外立面圖像數據、建筑外立面點云數據與外立管運維臺賬數據進行聯合匹配以生成外立管候選管段和外立管候選路徑，難以在存在局部遮擋、數據缺失或臺賬偏差的情況下恢復每一根外立管的完整路徑和類型信息，更無法輸出面向外立管巡檢與維護的外立管資產庫記錄。
3、因此，有必要設計一種基于空間拓撲約束的外立管多源數據協同識別方法解決當前技術中存在的問題。
技術實現思路
1、鑒于此，本發明提出了一種基于空間拓撲約束的外立管多源數據協同識別方法，旨在解決在建筑外立面存在遮擋、數據缺失和運維臺賬偏差情況下，如何在多源圖像數據和點云數據中準確重建并識別每一根外立管路徑及類型的問題。
2、本發明提出了一種基于空間拓撲約束的外立管多源數據協同識別方法，包括：
3、在建筑外立面建立統一坐標系，并基于外立管多源數據構建外立管空間拓撲約束庫，所述外立管空間拓撲約束庫包括外立管垂直連續性約束、外立管支架間距約束、外立管樓層對齊約束和外立管組合布置約束；
4、獲取與建筑對應的建筑外立面圖像數據和建筑外立面點云數據，并在所述統一坐標系下進行空間配準；
5、基于所述建筑外立面圖像數據提取線狀目標，基于所述建筑外立面點云數據提取管狀點云簇，并結合外立管運維臺賬數據生成外立管理論管段軌跡，在所述統一坐標系下將水平方向距離小于預設距離閾值且高度區間重疊程度大于預設重疊閾值的線狀目標、管狀點云簇和理論管段劃分為外立管候選管段；
6、按照建筑外立面分區和豎向方向將所述外立管候選管段自下而上連接生成外立管候選路徑，并根據所述外立管空間拓撲約束庫從外立管垂直連續性、外立管支架間距、外立管樓層對齊和外立管組合布置對每一所述外立管候選路徑進行拓撲一致性評價，將拓撲一致性評價結果低于預設評價閾值的外立管候選路徑剔除；
7、在剔除后的剩余外立管候選路徑中，根據所述拓撲一致性評價結果確定目標外立管路徑集合形成最終外立管識別結果，并根據外立管運維臺賬數據確定目標外立管路徑集合中每一外立管的外立管類型，將最終外立管識別結果寫入外立管資產庫。
8、進一步的，在建筑外立面建立統一坐標系，基于外立管多源數據構建外立管空間拓撲約束庫時，包括：
9、所述外立管多源數據包括建筑設計圖、建筑竣工圖、建筑信息模型數據和外立管運維臺賬數據；
10、以建筑外立面預設基準點為坐標原點，以重力方向為豎向坐標軸，以建筑結構主軸線為水平方向坐標軸，對所述外立管多源數據中的外立管幾何位置和樓層標高進行坐標轉換；
11、將所述統一坐標系中的外立管幾何關系和規范參數轉換為外立管垂直連續性約束、外立管支架間距約束、外立管樓層對齊約束和外立管組合布置約束，其中，所述外立管垂直連續性約束限定同一外立管在相鄰樓層的水平偏移不超過第一距離閾值且軸線方向偏離豎向不超過第一角度閾值，所述外立管支架間距約束限定同一外立管相鄰支架的豎向距離處于根據外立管類型設定的最小支架間距與最大支架間距之間，所述外立管樓層對齊約束限定外立管樓層穿越位置的高度偏離對應樓層標高不超過第二距離閾值，所述外立管組合布置約束限定同一建筑外立面分區內不同外立管之間的水平距離處于預設間距范圍內且給水外立管、排水外立管和燃氣外立管的排列順序符合預設組合模式。
12、進一步的，獲取與建筑對應的建筑外立面圖像數據和建筑外立面點云數據并在統一坐標系下進行空間配準時，包括：
13、獲取覆蓋建筑外立面的多視角建筑外立面圖像數據，獲取覆蓋建筑外立面的建筑外立面點云數據，在建筑外立面布設至少三個控制點并在所述統一坐標系下預先記錄各控制點的空間坐標，在所述建筑外立面圖像數據中檢測各控制點的圖像位置，在所述建筑外立面點云數據中提取各控制點的空間位置，根據所述控制點在統一坐標系中的空間坐標以及在建筑外立面圖像數據和建筑外立面點云數據中的觀測位置確定將建筑外立面圖像數據和建筑外立面點云數據對準所述統一坐標系的配準變換，并通過對建筑外立面輪廓線和門窗邊界線進行匹配對配準變換進行細化，使建筑外立面圖像數據和建筑外立面點云數據在所述統一坐標系下的位置偏差低于預設誤差閾值。
14、進一步的，基于所述建筑外立面圖像數據提取線狀目標時，包括：
15、對所述建筑外立面圖像數據進行灰度處理與去噪處理，進行邊緣檢測和連通區域提取，保留長度大于第一長度閾值且長度與寬度的比值大于第一比值閾值，并且主延伸方向與豎向坐標軸的夾角小于第一角度閾值的連通區域，將各連通區域的中心線確定為所述線狀目標。
16、進一步的，基于所述建筑外立面點云數據提取管狀點云簇時，包括：
17、對所述建筑外立面點云數據進行地面點剔除與背景點剔除，提取靠近建筑外立面的位置點集，對每一位置點集計算主延伸方向和橫截面點云分布范圍，保留主延伸方向與豎向坐標軸的夾角小于第二角度閾值且橫截面點云分布半徑處于預設半徑范圍內的點集，并將所述點集確定為所述管狀點云簇。
18、進一步的，結合外立管運維臺賬數據生成外立管理論管段軌跡并在所述統一坐標系下劃分為外立管理論管段時，包括：
19、根據所述外立管運維臺賬數據中記錄的外立管起點位置、外立管終點位置和對應樓層，將所述起點位置和終點位置映射至所述統一坐標系，沿豎向坐標軸生成連接路徑并按樓層高度劃分為多段外立管理論管段；
20、在所述統一坐標系下，根據水平方向距離閾值和高度區間重疊閾值，將所述線狀目標、管狀點云簇和外立管理論管段進行匹配，將同時與至少兩種數據源在空間上滿足距離閾值和高度重疊閾值的目標劃分為外立管候選管段，并將僅由單一數據源支持且位于相鄰外立管候選管段之間的目標作為補充外立管候選管段。
21、進一步的，按照建筑外立面分區和豎向方向將所述外立管候選管段自下而上連接生成外立管候選路徑時，包括：
22、在每一建筑外立面分區內，按照水平方向位置將外立管候選管段劃分為若干豎向管線組，在每一豎向管線組內按照高度由低到高對所述外立管候選管段進行排序，將高度差小于第三距離閾值且水平方向偏移小于第四距離閾值的相鄰外立管候選管段連接為同一外立管候選路徑，當相鄰外立管候選管段之間的高度差處于第三距離閾值與第五距離閾值之間且在該高度范圍內存在所述外立管理論管段或補充外立管候選管段時，將外立管理論管段或補充外立管候選管段插入外立管候選路徑進行缺失補全，以形成在豎向方向上連續的外立管候選路徑。
23、進一步的，根據外立管空間拓撲約束庫對每一外立管候選路徑進行拓撲一致性評價時，包括：
24、針對每一所述外立管候選路徑，基于所述統一坐標系下各外立管候選管段的水平偏移和軸線方向偏差計算外立管垂直連續性評價結果，基于支架定位點之間的豎向距離計算外立管支架間距評價結果，基于樓層穿越位置與對應樓層標高的高度差計算外立管樓層對齊評價結果，基于同一建筑外立面分區內所述外立管候選路徑與相鄰外立管候選路徑之間的水平距離和排列順序計算外立管組合布置評價結果，并按照預設權重對所述外立管垂直連續性評價結果、外立管支架間距評價結果、外立管樓層對齊評價結果和外立管組合布置評價結果進行加權疊加獲得所述外立管候選路徑的拓撲一致性評價結果。
25、進一步的，在剔除后的剩余外立管候選路徑中，根據所述拓撲一致性評價結果確定目標外立管路徑集合時，包括：
26、將每一所述外立管候選路徑的拓撲一致性評價結果作為路徑評價值，在每一建筑外立面分區內，以所述路徑評價值之和最大為選擇原則，并在約束不同外立管候選路徑在所述統一坐標系下不發生幾何重疊且在同一建筑外立面分區內滿足外立管數量要求和外立管組合布置約束的條件下，通過逐步添加與回溯剔除相結合的方式，從剩余外立管候選路徑中選取所述目標外立管路徑集合，形成所述最終外立管識別結果。
27、進一步的，根據外立管運維臺賬數據確定目標外立管路徑集合中每一外立管的外立管類型并將最終外立管識別結果寫入外立管資產庫時，包括：
28、將所述外立管運維臺賬數據中記錄的給水設施、排水設施和燃氣設施的位置以及與外立管的連接關系映射至所述統一坐標系，針對所述最終外立管識別結果中的每一外立管，根據該外立管在豎向方向上與所述給水設施、排水設施和燃氣設施的連接關系以及服務樓層范圍，將外立管確定為給水外立管、排水外立管或燃氣外立管中的一種，并在外立管資產庫中為每一外立管記錄外立管空間路徑、外立管類型、外立管支架定位點、外立管樓層穿越位置以及對應的拓撲一致性評價結果。
29、與現有技術相比，本發明的有益效果在于：通過在建筑外立面建立統一坐標系并構建外立管空間拓撲約束庫，在同一空間基準下將建筑外立面圖像數據、建筑外立面點云數據與外立管運維臺賬數據進行協同處理，先從圖像中提取線狀目標、從點云中提取管狀點云簇并結合臺賬生成外立管理論管段軌跡，再按水平方向距離和高度區間重疊關系融合為外立管候選管段并沿建筑外立面分區和豎向方向連接為外立管候選路徑，利用空間拓撲約束對每一外立管候選路徑進行拓撲一致性評價，剔除評價結果低于預設評價閾值的外立管候選路徑，在此基礎上根據拓撲一致性評價結果確定目標外立管路徑集合并結合外立管運維臺賬數據確定目標外立管路徑集合中各外立管的外立管類型，將最終外立管識別結果寫入外立管資產庫，從而在存在局部遮擋、數據缺失和臺賬偏差的復雜場景下，仍能依托多源數據與空間拓撲約束的協同作用恢復每一根外立管的連續空間路徑和準確類型，實現面向外立管巡檢與維護的高可靠資產化成果輸出，相比僅依賴三維重建或局部圖像識別的現有技術提升了外立管識別的完整性。