一種河景三維數據生成方法及設備的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種河景三維數據生成方法及設備，屬于全景成像技術領域，實現了行之有效的河景三維數據生成。該河景三維數據生成方法包括：設計船只的行駛路線；利用設置有移動測繪系統的船只，按照所設計的行駛路線對河景進行測繪，生成河景三維數據。
【專利說明】
_種河景三維數據生成方法及設備
技術領域
[0001 ]本發明涉及全景成像技術領域，具體而言，涉及一種河景三維數據生成方法及設備。
【背景技術】
[0002]移動測繪技術是當今測繪界最為前沿的技術之一，集成了全球衛星定位、慣性導航、圖像處理、攝影測量、地理信息及集成控制等技術，通過采集空間信息和實景影像，由衛星及慣性定位確定實景影像的位置姿態等測量參數，實現了任意影像上的按需測量。
[0003]目前的移動測繪系統大多是用于車載，進行城市街景的采集。具體是在機動車上裝配全球定位系統(Global Posit1ning System，簡稱GPS)、電荷親合器件(ChargeCoupled Device，簡稱CCD)攝像機、慣性導航系統(Inertial Navigat1n System，簡稱INS)或航位推算系統等先進的傳感器和設備。在車輛的高速行進之中，快速采集道路及道路兩旁地物的空間位置數據和屬性數據，如:道路中心線或邊線位置坐標、目標地物的位置坐標、路(車道)寬、橋(隧道)高、交通標志、道路設施等。數據同步存儲在車載計算機系統中，經事后編輯處理，形成各種有用的專題數據成果，比如導航電子地圖等等。
[0004]河道環境大多保留著自然樣貌，人為規劃的程度較低，所以相比于陸地道路，河道環境在實施測繪過程中的各個方面都更為復雜，這也在很大程度上限制了移動測繪系統在河道環境中的應用。由于存在著上述的技術難點，現有技術中尚未有可行的河景三維數據采集方案。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明的目的在于提供一種河景三維數據生成方法及設備，克服了河道環境存在的技術難點，實現了行之有效的河景三維數據生成。
[0006]第一方面，本發明實施例提供了一種河景三維數據生成方法，包括:
[0007]設計船只的行駛路線；
[0008]利用設置有移動測繪系統的船只，按照所設計的行駛路線對河景進行測繪，生成河景三維數據。
[0009]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，該方法還包括:
[0010]將所述行駛路線周邊單站的單站數據補充至所述河景三維數據中。
[0011]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，所述單站數據為，在所述行駛路線周邊陸地上的單站，利用三維激光掃描儀采集到的點云和利用全景設備采集到的全景照片。
[0012]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，將所述行駛路線周邊單站的單站數據補充至所述河景三維數據中，具體為:
[0013]利用數據同構技術，對所述單站數據的點云和全景照片進行格式轉換，使其與所述河景三維數據的點云和全景照片格式相同；
[0014]根據所述單站的控制點的大地坐標和所述單站的采集坐標，對所述單站數據的點云進行坐標轉換，獲得大地坐標下的單站點云；
[0015]利用數據融合技術，將所述單站點云融合至所述河景三維數據的點云中。
[0016]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，所述利用數據同構技術，對所述單站數據的點云進行格式轉換，使其與所述河景三維數據的點云和全景照片格式相同，具體為:
[0017]對所述單站數據的點云添加文件頭，并重新組織數據的存儲方式，使其與所述河景三維數據的點云格式相同；
[0018]對所述單站數據的全景照片進行分辨率及文件結構的調整，使其與所述河景三維數據的全景照片格式相同。
[0019]結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，在將所述單站點云融合至所述河景三維數據的點云中之后，還包括:
[0020]對融合至所述河景三維數據的點云中的單站點云進行照片姿態調整。
[0021]第二方面，本發明實施例還提供一種河景三維數據生成設備，包括移動測繪系統和固定裝置，所述移動測繪系統通過所述固定裝置固定在船只上；
[0022]所述移動測繪系統用于在船只行駛時，對河景進行測繪，生成河景三維數據。
[0023]結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第一種可能的實施方式，其中，該設備還包括升降裝置，用于調節所述移動測繪系統在船只上的高度。
[0024]結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第二種可能的實施方式，其中，該設備還包括數據補充系統，用于將船只的行駛路線周邊單站的單站數據補充至所述河景三維數據中。
[0025]結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第三種可能的實施方式，其中，所述單站數據為，在所述行駛路線周邊陸地上的單站，利用三維激光掃描儀采集到的點云和利用全景設備采集到的全景照片。
[0026]本發明帶來了以下有益效果:本發明提供的河景三維數據生成方法及設備中，船只上設置有移動測繪系統，并且在船只行駛的過程中，利用移動測繪系統對河景進行測繪，生成河景三維數據。另外，還根據河道自身的環境特點，設計合理的行駛路線，使得移動測繪系統所生成的河景三維數據達到準確、完整的要求，從而克服了河道環境復雜的技術難點，實現了河景三維數據采集。
[0027]本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
[0028]為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0029]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
[0030]圖1示出了本發明實施例所提供的河景三維數據生成方法的流程圖；
[0031]圖2示出了本發明實施例所提供的河景三維數據生成方法中，步驟S3的具體方法的流程圖；
[0032]圖3示出了本發明實施例所提供的河景三維數據生成方法中，步驟S3中的信息流圖；
[0033]圖4示出了本發明實施例所提供的河景三維數據生成設備的示意圖。
【具體實施方式】
[0034]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0035]目前尚未有可行的河景三維數據采集方案，基于此，本發明實施例提供的一種河景三維數據生成方法及設備，可以實現行之有效的河景三維數據生成。
[0036]實施例一:
[0037]本發明實施例提供了一種河景三維數據生成方法，能夠在河道環境中實現河景三維數據的采集與生成。
[0038]如圖1所示，該河景三維數據生成包括:
[0039]SI:設計船只的行駛路線。
[0040]行駛路線的具體設計過程，可以人為進行;也可以事先制作出路線規劃系統，由計算機根據具體的河道環境進行自動設計。在行駛路線設計過程中，針對不同類型、不同走勢的河道，根據船只上的移動測繪系統能覆蓋的范圍，合理規劃好合適的行駛路線。
[0041]例如，當某一河段的寬度過大，超出了移動測繪系統的有效測繪范圍時，那么所設計出的行駛路線在該河段應當通過兩次，切分別靠近該河段的兩岸，以獲得完整的河景三維數據。又如，當某一河段的走勢非常曲折時，所設計出的行駛路線應當在河道中的合適位置，避免出現采集不到的死角。
[0042]S2:利用設置有移動測繪系統的船只，按照所設計的行駛路線對河景進行測繪，生成河景三維數據。
[0043]移動測繪系統通過固定裝置固定在船只上，那么在船只按照所設計的行駛路線行駛時，就能夠利用移動測繪系統對河景進行測繪，進而生成河景三維數據。
[0044]作為一個優選方案，還可以在船只上設置升降裝置，用于調節移動測繪系統在船只上的高度。升降裝置的具體實現方式，本發明實施例并不進行限定，采用公知的機械式、電動式等方式實現均可。
[0045]通過設置升降裝置，可以使移動測繪系統適用于不同類型的船載體及河道，根據不同的船載體類型，確保移動測繪系統的安全性及穩定性，同時還能確保測繪視角不被傳載體上的障礙物遮擋。
[0046]此外，由于河道環境的特殊性，有時候一段行駛路線的途中不得不更換船只。在此情況下，升降裝置能夠使移動測繪系統更好的適應不同類型、不同規格的船載體，使移動測繪系統在更換船只前后，都不會被船只上的障礙物遮擋，且都能與水面保持相同的高度，從而保證了所生成的河景三維數據的質量。
[0047]進一步的是，本發明實施例提供的河景三維數據生成方法還包括:
[0048]S3:將行駛路線周邊單站的單站數據補充至河景三維數據中。
[0049]其中，單站數據是指，在行駛路線周邊陸地(如岸邊、堤壩等)上的單站，利用三維激光掃描儀采集到的點云和利用全景設備采集到的全景照片。
[0050]三維激光掃描儀通過高速激光掃描測量的方法，大面積高分辨率地快速獲取被測對象表面的三維坐標數據。三維激光掃描儀利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面大量的密集的點的三維坐標、反射率和紋理等信息，可快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數據。由于三維激光掃描儀可以密集地大量獲取目標對象的數據點，因此相對于傳統的單點測量，三維激光掃描技術也被稱為從單點測量進化到面測量的革命性技術突破。三維激光掃描儀可以快速、大量的采集空間點位信息，為快速建立物體的三維影像模型提供了一種全新的技術手段，具有快速性，不接觸性，穿透性，實時、動態、主動性，高密度、高精度，數字化、自動化等特性。
[0051 ]如圖2和圖3所示，本實施例中，步驟S3具體包括:
[0052]S31:利用數據同構技術，對單站數據的點云和全景照片進行格式轉換，使其與河景三維數據的點云和全景照片格式相同。
[0053]利用數據同構技術進行格式轉換的具體方式是，對單站數據的點云添加文件頭，并重新組織數據的存儲方式，使單站數據的點云與河景三維數據的點云格式相同。
[0054]另外，還需要對單站的全景照片進行分辨率、色彩及文件結構的調整，使其與河景三維數據的全景照片的分辨率、色彩及文件結構等格式相同。
[0055]點云是在逆向工程中通過測量儀器得到的物體外觀表面的點數據集合。通常使用三維坐標測量機所得到的點數量比較少，點與點的間距也比較大，稱為稀疏點云;而使用三維激光掃描儀或照相式掃描儀得到的點云點數量比較大，并且比較密集，稱為密集點云。
[0056]本實施例中，是利用三維激光掃描儀采集到的點云數據。該點云數據除了具有幾何位置以外，還包括顏色信息和強度信息。顏色信息通常是通過相機獲取彩色影像，然后將對應位置的像素的顏色信息賦予點云中對應的點。強度信息的獲取是三維激光掃描儀接收裝置采集到的回波強度，此強度信息與目標物體的表面材質、粗糙度、入射角方向，以及儀器的發射能量，激光波長有關。
[0057]S32:根據單站的控制點的大地坐標和單站的采集坐標，對單站數據的點云進行坐標轉換，獲得大地坐標下的單站點云。
[°°58] 具體的，利用全球定位系統(Global Posit1ning System，簡稱GPS)定位技術獲取單站的掃描位置，即單站控制點的大地坐標，與三維激光掃描儀坐標系下的坐標進行轉換，得到轉換參數。再利用該轉換參數，將單站點云坐標轉換到大地坐標下，獲得大地坐標下的單站點云。
[0059]S33:利用數據融合技術，將單站點云融合至河景三維數據的點云中。
[0060]具體的，利用數據融合技術，對單站點云以及移動測繪系統采集的河景三維數據的點云數據進行同名特征點匹配，使大地坐標下的單站點云融合進移動測繪系統采集的點云中，獲得融合后的點云。
[0061]進一步的是，在獲得融合后的點云之后，還可以包括:
[0062]S34:對融合至河景三維數據的點云中的單站點云進行照片姿態調整。
[0063]具體的，將獲得的單站點位置坐標，加入到經過位置姿態測量系統(Posi t i onOrientat1n System，簡稱POS)解算后的移動測繪系統采集的路線上，更新路線數據。然后，通過可視化軟件檢查新增站點處點云同全景的匹配情況，再通過微調照片姿態，調校好匹配情況，得到全景站點的最終姿態角。
[0064]本發明實施例提供的河景三維數據生成方法中，在船只上設置有移動測繪系統，并且在船只行駛的過程中，利用移動測繪系統對河景進行測繪，生成河景三維數據。再根據河道自身的環境特點，設計合理的行駛路線，使得移動測繪系統所生成的河景三維數據達到準確、完整的要求，從而克服了河道環境復雜的技術難點，實現了河景三維數據采集，并能夠使得河景照片能夠達到較好的視覺效果。
[0065]另外，本實施例中針對船只無法到達的區域，還利用單站的數據采集對缺失的河景三維數據進行補充。其中，經過數據同構、坐標轉換、數據融合等步驟之后，單站點云能夠很好的與移動測繪系統采集的河景三維數據融合，使得河景三維數據的完整性得到了保證。
[0066]實施例二:
[0067]本發明實施例提供了一種河景三維數據生成設備，能夠在河道環境中實現河景三維數據的采集與生成。
[0068]如圖4所示，該河景三維數據生成設備包括移動測繪系統和固定裝置，移動測繪系統通過固定裝置固定在船只上。
[0069]相比于車載移動測繪系統，本實施例中使用的固定裝置應當具有更高的強度和穩定性，從而為應用在船載環境的移動測繪系統提供了安全可靠的剛性平臺。
[0070]移動測繪系統用于在船只行駛時，對河景進行測繪，生成河景三維數據。其中，船只的行駛路線也可以預先進行設計，可以人為設計，也可以事先制作出路線規劃系統，由計算機根據具體的河道環境進行自動設計。在行駛路線設計過程中，針對不同類型、不同走勢的河道，根據船只上的移動測繪系統能覆蓋的范圍，合理規劃好合適的行駛路線。
[0071]例如，當某一河段的寬度過大，超出了移動測繪系統的有效測繪范圍時，那么所設計出的行駛路線在該河段應當通過兩次，切分別靠近該河段的兩岸，以獲得完整的河景三維數據。又如，當某一河段的走勢非常曲折時，所設計出的行駛路線應當在河道中的合適位置，避免出現采集不到的死角。
[0072]作為一個優選方案，本發明實施例提供的河景三維數據生成設備還包括升降裝置，用于調節移動測繪系統在船只上的高度。升降裝置的具體實現方式，本發明實施例并不進行限定，采用公知的機械式、電動式等方式實現均可。
[0073]通過設置升降裝置，可以使移動測繪系統適用于不同類型的船載體及河道，根據不同的船載體類型，確保移動測繪系統的安全性及穩定性，同時還能確保測繪視角不被傳載體上的障礙物遮擋。
[0074]此外，由于河道環境的特殊性，有時候一段行駛路線的途中不得不更換船只。在此情況下，升降裝置能夠使移動測繪系統更好的適應不同類型、不同規格的船載體，使移動測繪系統在更換船只前后，都不會被船只上的障礙物遮擋，且都能與水面保持相同的高度，從而保證了所生成的河景三維數據的質量。
[0075]進一步的是，本發明實施例提供的河景三維數據生成設備還包括數據補充系統，用于將船只的行駛路線周邊單站的單站數據補充至河景三維數據中。其中，單站數據是指，在行駛路線周邊陸地(如岸邊、堤壩等)上的單站，利用三維激光掃描儀采集到的點云和利用全景設備采集到的全景照片。
[0076]數據補充系統的具體工作過程為:
[0077]首先，利用數據同構技術進行格式轉換。具體為，對單站數據的點云添加文件頭，并重新組織數據的存儲方式，使單站數據的點云與河景三維數據的點云格式相同。
[0078]另外，還需要對單站的全景照片進行分辨率、色彩及文件結構的調整，使其與河景三維數據的全景照片的分辨率、色彩及文件結構等格式相同。然后，利用GPS定位技術獲取單站的掃描位置，即單站控制點的大地坐標，與三維激光掃描儀坐標系下的坐標進行轉換，得到轉換參數。再利用該轉換參數，將單站點云坐標轉換到大地坐標下，獲得大地坐標下的單站點云。
[0079]之后，利用數據融合技術，對單站點云以及移動測繪系統采集的河景三維數據的點云數據進行同名特征點匹配，使大地坐標下的單站點云融合進移動測繪系統采集的點云中，獲得融合后的點云。
[0080]最后，還可以對融合至河景三維數據的點云中的單站點云進行照片姿態調整。具體的，將獲得的單站點位置坐標，加入到經過POS解算后的移動測繪系統采集的路線上，更新路線數據。再通過可視化軟件檢查新增站點處點云同全景的匹配情況，通過微調照片姿態，調校好匹配情況，得到全景站點的最終姿態角。
[0081]本發明實施例提供的河景三維數據生成設備中，通過固定裝置在船只上設置移動測繪系統，為應用在船載環境的移動測繪系統提供了安全可靠的剛性平臺。在船只行駛的過程中，利用移動測繪系統對河景進行測繪，即可生成河景三維數據。
[0082]此外，通過設置升降裝置，可以使移動測繪系統適用于不同類型的船載體及河道，根據不同的船載體類型，確保移動測繪系統的安全性及穩定性，同時還能確保測繪視角不被傳載體上的障礙物遮擋。
[0083]另一方面，本實施例中針對船只無法到達的區域，還設置了數據補充系統，利用單站的數據采集對缺失的河景三維數據進行補充。經過數據同構、坐標轉換、數據融合等步驟之后，單站點云能夠很好的與移動測繪系統采集的河景三維數據融合，使得河景三維數據的完整性得到了保證。
[0084]本發明實施例所描述的功能，如果以軟件功能單元的形式實現并作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基于這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括:U盤、移動硬盤、只讀存儲器(R0M，Read-0nlyMemory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。
[0085]以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種河景三維數據生成方法，其特征在于，包括: 設計船只的行駛路線； 利用設置有移動測繪系統的船只，按照所設計的行駛路線對河景進行測繪，生成河景三維數據。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 將所述行駛路線周邊單站的單站數據補充至所述河景三維數據中。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述單站數據為，在所述行駛路線周邊陸地上的單站，利用三維激光掃描儀采集到的點云和利用全景設備采集到的全景照片。4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，將所述行駛路線周邊單站的單站數據補充至所述河景三維數據中，具體為: 利用數據同構技術，對所述單站數據的點云和全景照片進行格式轉換，使其與所述河景三維數據的點云和全景照片格式相同； 根據所述單站的控制點的大地坐標和所述單站的采集坐標，對所述單站數據的點云進行坐標轉換，獲得大地坐標下的單站點云； 利用數據融合技術，將所述單站點云融合至所述河景三維數據的點云中。5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用數據同構技術，對所述單站數據的點云進行格式轉換，使其與所述河景三維數據的點云和全景照片格式相同，具體為: 對所述單站數據的點云添加文件頭，并重新組織數據的存儲方式，使其與所述河景三維數據的點云格式相同； 對所述單站數據的全景照片進行分辨率及文件結構的調整，使其與所述河景三維數據的全景照片格式相同。6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在將所述單站點云融合至所述河景三維數據的點云中之后，還包括: 對融合至所述河景三維數據的點云中的單站點云進行照片姿態調整。7.一種河景三維數據生成設備，其特征在于，包括移動測繪系統和固定裝置，所述移動測繪系統通過所述固定裝置固定在船只上； 所述移動測繪系統用于在船只行駛時，對河景進行測繪，生成河景三維數據。8.根據權利要求7所述的設備，其特征在于，還包括升降裝置，用于調節所述移動測繪系統在船只上的高度。9.根據權利要求7所述的設備，其特征在于，還包括數據補充系統，用于將船只的行駛路線周邊單站的單站數據補充至所述河景三維數據中。10.根據權利要求9所述的設備，其特征在于，所述單站數據為，在所述行駛路線周邊陸地上的單站，利用三維激光掃描儀采集到的點云和利用全景設備采集到的全景照片。
【文檔編號】G01C13/00GK106017428SQ201610335341
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月19日
【發明人】呂志慧, 張凱, 李明巨, 林秀玉, 赫春曉, 趙萍, 張天弨, 謝燕, 李 真
【申請人】江蘇省基礎地理信息中心