A 2D and 3D building map provides invaluable information for understanding human activities and their impacts on the Earth and its environment. Despite enormous efforts to improve the quality of building maps, current large-scale building maps generated from automated methods have many errors and uncertainties and are often limited to providing only 2D building information. This study presents an open-source unsupervised 2D and 3D building extraction algorithm with airborne LiDAR data that is suitable for large-scale building mapping. Our algorithm operates in a fully unsupervised manner and does not require either any training label or training procedure. Our algorithm consists of simple operations of morphological filtering and planarity-based filtering. Thus, the computation is efficient, and the results are easy to predict, which can greatly reduce uncertainties in the resulting building map. A quantitative and qualitative evaluation with a large-scale dataset (> 550 $km^2$) of Denver and New York City showed that our algorithm can produce more accurate building maps than Microsoft Building Footprints which is generated by a deep learning-based method. Extensive evaluations in different conditions of landscapes confirmed that our algorithm is scalable and can be improved further with appropriate parameter selection. We also detailed the impact of parameters and potential sources of error to assist potential users of our algorithm. Our LiDAR-based algorithm has advantages in that it is computationally efficient to generate both 2D and 3D building maps, while it generates accurate and explainable results. Our proposed algorithm provides great potential towards a global-scale 2D and 3D building mapping with airborne LiDAR data.


翻译:2D和3D建筑图提供了宝贵的信息,有助于了解人类活动及其对地球及其环境的影响。尽管为改进建筑地图质量做出了巨大努力,但目前由自动化方法产生的大型建筑图有许多错误和不确定性,而且往往仅限于提供2D建筑信息。本研究提供了一种开放源的、不受监督的2D和3D建筑提取算法,其中含有适合大规模建筑绘图的空中LIDAR数据。我们的算法以完全不受监督的方式运作,不需要任何培训标签或培训程序。我们的算法包括形态过滤和基于规划的筛选的简单操作。因此,计算是有效的,而且结果很容易预测,这可以大大减少建筑图的不确定性。一个定量和定性评价,配有大规模数据集( > 550 $km%2美元),适合大型建筑图绘制。我们的算法可以比基于深层次学习的方法提出的微软建筑脚印更准确。在不同的地貌条件下进行的广泛评估证实,我们的建筑算法是可缩略的D,并且可以进一步解释我们的LID的精确的算法,同时可以进一步解释我们3D的算法的精度和变数源。

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