CN112884890A - 一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，包括以下步骤：步骤S1、进行空地影像融合三维建模；步骤S2、进行低空影像和地面三维激光点云融合三维建模；步骤S3、进行低空影像和三维白模融合三维建模。本发明以地面相机影像、低空无人机影像和地面三维激光点云数据为融合对象，研究空地影像融合、低空影像融合地面三维激光点云和低空影像融合三维白模进行三维建模的方法，并对其三维建模精度和建模效果进行综合分析选取色彩纹理效果和几何结构精度最高的建模效果图以满足较大场景的三维实景模型的建模要求。
Description
技术领域
本发明涉及数据融合技术领域，具体涉及一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法。
背景技术
地理信息系统也就是人们经常俗称的GIS，该系统可以将各类地理位置和地理信息进行有效结合，并利用计算机系统相关软件将各地理位置数据以图像的形式进行呈现，并对整个过程进行详细记录。地理信息系统将计算机多媒体技术和地理知识进行乐充分融合，利用计算机系统当中的数据库对各项数据信息进行有效采集，分析与处理，进一步为我国城市规划和土地资源管理工作提供可靠的数据支持。近年来，随着我国经济的不断发展，测绘科学与技术水平不断提高，智慧城市成为必然趋势,摄影测量技术口和三维激光扫描技术随之快速发展，GIS通常采用多源数据三维建模技术进行多格式基础地理信息数据融合显示。
现有技术中多源数据三维建模技术通常采用多源数据单独建模，分别包括地面影像三维建模、低空影像三维建模和地面三维激光点云三维建模，由于多源数据单独建模，未融合其他多源数据进行建模，难以实现多源数据互补使多源数据单独建模精度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，以解决现有技术中多源数据单独建模，未融合其他多源数据进行建模，难以实现多源数据互补使多源数据单独建模精度较低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，包括以下步骤：
步骤S1、进行空地影像融合三维建模；
步骤S2、进行低空影像和地面三维激光点云融合三维建模；
步骤S3、进行低空影像和三维白模融合三维建模；
步骤S4、对空地影像融合三维建模、低空影像和地面三维激光点云融合三维建模和低空影像和三维白模融合三维建模进行综合分析选取精度最高的作为包含多格式基础地理信息的三维场景显示。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S1，所述空地影像融合三维建模是以低空影像为主，地面影像为辅的三维建模技术，其关键核心技术是影像匹配，具体方式为：
步骤S101、将低空影像数据导入ContextCapture4.4.9软件中进行无像控点的自动空中三角测量处理,然后导入地面影像并对空地影像进行像控点的标记工作，每个像控点的标记要在地面影像和低空影像上分别标记至少三张，确保标记在每张影像上的精确度；
步骤S102、对标记像控点的空地影像进行空中三角测量处理，并实时查看空中三角测量处理报告，检查空中三角测量处理报告是否符合三维建模的精度要求：
若是，转向步骤S103；
若否，转向步骤S101；
步骤S103、进行全自动三维实景建模生成空地影像融合三维建模效果图。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S2，所述低空影像和地面三维激光点云融合三维建模是以低空影像为主，地面三维激光点云为辅的三维建模技术,其关键核心技术是坐标的统一，具体方式为：
步骤S201、将低空影像数据导入ContextCapture4.4.9软件中进行无像控点的自动空中三角测量处理，处理完成后导入关.las格式的地面三维激光点云数据，再对低空影像进行像控点的标记工作；
步骤S202、进行低空影像和地面三维激光点云数据融合的空中三角测量处理；
步骤S203、进行全自动三维实景建模生成低空影像和地面三维激光点云融合三维建模效果图。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S3，所述低空影像和三维白模融合三维建模是以低空影像为主，三维白模为辅的三维建模技术，其关键核心技术是三维白模的处理，具体方式为：
步骤S301、将低空影像数据导入ContextCapture4.4.9软件中进行像控点的标记工作；
步骤S302、对标记像控点的空地影像进行空中三角测量处理，并实时查看空中三角测量处理报告，检查空中三角测量处理报告是否符合三维建模的精度要求：
若是，转向步骤S303；
若否，转向步骤S301；
步骤S303、生成*.obj格式的三维模型到指定的文件夹下；
步骤S304、把在GeomagicStudio2012软件中由地面三维激光点云封装得到的三维白模导出格式为*.obj；
步骤S305、用*.obj形式的三维白模替换低空影像生成的*·obj格式的三维模型文件，进行全自动的三维建模生成影像和三维白模融合三维建模效果图。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S4，所述综合分析包括精度分析和建模效果分析。
作为本发明的一种优选方案，所述精度分析以钢尺量取的实际尺寸为‘准真值’，以软件手动量取的三维模型尺寸量值作为精度衡量值，具体方式为：
每个尺寸量取3次，取3次的平均值作为精度衡量值，其中量取3次中有2次误差超过0.5mm时，则此尺寸重新量取。
作为本发明的一种优选方案，所述建模效果分析主要以三维模型的几何结构效果和色彩纹理效果作为建模效果衡量标准，具体方式为：
依次比较空地影像融合三维建模效果图、低空影像和地面三维激光点云融合三维建模效果图和影像和三维白模融合三维建模效果图中的几何结构效果和色彩纹理效果。
作为本发明的一种优选方案，在进行所述空地影像融合三维建模、低空影像和地面三维激光点云融合三维建模以及影像和三维白模融合三维建模之前需要进行图像数据采集和图像数据处理，所述图像数据采集包括地面影像数据采集、低空影像数据采集和地面三维激光点云数据采集，所述图像数据处理包括空地影像数据处理和地面三维激光点云数据处理。
作为本发明的一种优选方案，所述地面影像数据采集在地面对研究对象进行环绕拍摄三圈，分别为垂直90°、上倾40°和下倾45°拍摄，重叠率约为60％，共拍摄209张；
所述低空影像数据采集在低空对研究对象进行环绕拍摄三圈，分别为斜高5m，10m，15m倾斜45°拍摄，重叠率约为60％，共拍摄340张；
所述地面三维激光点云数据采集根据现场情况布设扫描站点的站数和位置，扫描站点应确保扫描视野内无被遮挡区域，并能最大范围地扫描目标场景。
作为本发明的一种优选方案，所述空地影像数据处理分为三部分:影像筛选、自动空中三角测量、全自动三维建模；
所述地面三维激光点云数据处理分为数据拼接、三维建模、纹理映射。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
本发明以地面相机影像、低空无人机影像和地面三维激光点云数据为融合对象，研究空地影像融合、低空影像融合地面三维激光点云和低空影像融合三维白模进行三维建模的方法，并对其三维建模精度和建模效果进行综合分析选取色彩纹理效果和几何结构精度最高的建模效果图以满足较大场景的三维实景模型的建模要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例提供的多格式基础地理信息数据融合显示的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，包括以下步骤：
步骤S1、进行空地影像融合三维建模；
所述步骤S1，所述空地影像融合三维建模是以低空影像为主，地面影像为辅的三维建模技术，其关键核心技术是影像匹配，具体方式为：
步骤S101、将低空影像数据导入ContextCapture4.4.9软件中进行无像控点的自动空中三角测量处理,然后导入地面影像并对空地影像进行像控点的标记工作，每个像控点的标记要在地面影像和低空影像上分别标记至少三张，确保标记在每张影像上的精确度；
步骤S102、对标记像控点的空地影像进行空中三角测量处理，并实时查看空中三角测量处理报告，检查空中三角测量处理报告是否符合三维建模的精度要求：
若是，转向步骤S103；
若否，转向步骤S101；
步骤S103、进行全自动三维实景建模生成空地影像融合三维建模效果图。
步骤S2、进行低空影像和地面三维激光点云融合三维建模；
所述步骤S2，所述低空影像和地面三维激光点云融合三维建模是以低空影像为主，地面三维激光点云为辅的三维建模技术,其关键核心技术是坐标的统一，具体方式为：
步骤S201、将低空影像数据导入ContextCapture4.4.9软件中进行无像控点的自动空中三角测量处理，处理完成后导入关.las格式的地面三维激光点云数据，再对低空影像进行像控点的标记工作；
步骤S202、进行低空影像和地面三维激光点云数据融合的空中三角测量处理；
步骤S203、进行全自动三维实景建模生成低空影像和地面三维激光点云融合三维建模效果图。
步骤S3、进行低空影像和三维白模融合三维建模；
所述步骤S3，所述低空影像和三维白模融合三维建模是以低空影像为主，三维白模为辅的三维建模技术，其关键核心技术是三维白模的处理，具体方式为：
步骤S301、将低空影像数据导入ContextCapture4.4.9软件中进行像控点的标记工作；
步骤S302、对标记像控点的空地影像进行空中三角测量处理，并实时查看空中三角测量处理报告，检查空中三角测量处理报告是否符合三维建模的精度要求：
若是，转向步骤S303；
若否，转向步骤S301；
步骤S303、生成*.obj格式的三维模型到指定的文件夹下；
步骤S304、把在GeomagicStudio2012软件中由地面三维激光点云封装得到的三维白模导出格式为*.obj；
步骤S305、用*.obj形式的三维白模替换低空影像生成的*·obj格式的三维模型文件，进行全自动的三维建模生成影像和三维白模融合三维建模效果图。
步骤S4、对空地影像融合三维建模、低空影像和地面三维激光点云融合三维建模和低空影像和三维白模融合三维建模进行综合分析选取精度最高的作为包含多格式基础地理信息的三维场景显示。
所述步骤S4，所述综合分析包括精度分析和建模效果分析。
作为本发明的一种优选方案，所述精度分析以钢尺量取的实际尺寸为‘准真值’，以软件手动量取的三维模型尺寸量值作为精度衡量值，具体方式为：
每个尺寸量取3次，取3次的平均值作为精度衡量值，其中量取3次中有2次误差超过0.5mm时，则此尺寸重新量取。
所述建模效果分析主要以三维模型的几何结构效果和色彩纹理效果作为建模效果衡量标准，具体方式为：
依次比较空地影像融合三维建模效果图、低空影像和地面三维激光点云融合三维建模效果图和影像和三维白模融合三维建模效果图中的几何结构效果和色彩纹理效果。
由于地面影像是地面拍摄，部分顶部拍摄不到，因此构建的三维模型底部几何结构效果较好，而顶部几何结构效果较差。又由于低空影像是空中拍摄，构建的三维模型顶部和底部的几何结构效果整体较好，但是部分底部几何结构由于遮挡和阴影等原因，使得底部几何结构效果相比顶部几何结构效果相对较差。空地影像融合构建的三维模型几何结构效果较为完整，不存在地面影像模型的顶部几何结构缺陷和低空影像模型的顶部几何结构缺陷，实现了地面影像和低空影像的优势互补。但是由于地面影像和低空影像拍摄所使用的相机传感器不同使得三维模型纹理效果存在色差。建议可以尝试手持无人机拍摄地面影像再融合建模,这样效果会更好。
低空影像融合地面三维激光点云构建的三维模型和低空影像融合三维白模构建的三维模型本质上都是融合地面三维激光点云数据，不同之处是低空影像融合地面三维激光点云构建的三维模型有色差,构建的模型效果受数据融合影响较大,对数据融合精度要求较高。而低空影像融合三维白模构建的三维模型受数据融合影响较小，是在三维白模的基础上进行无人机实景。
影像的纹理映射，既有了三维白模的几何结构精度，也有了低空影像丰富的纹理信息，构建的模型效果较好。
在进行所述空地影像融合三维建模、低空影像和地面三维激光点云融合三维建模以及影像和三维白模融合三维建模之前需要进行图像数据采集和图像数据处理，所述图像数据采集包括地面影像数据采集、低空影像数据采集和地面三维激光点云数据采集，所述图像数据处理包括空地影像数据处理和地面三维激光点云数据处理。
所述地面影像数据采集在地面对研究对象进行环绕拍摄三圈，分别为垂直90°、上倾40°和下倾45°拍摄，重叠率约为60％，共拍摄209张；
所述低空影像数据采集在低空对研究对象进行环绕拍摄三圈，分别为斜高5m，10m，15m倾斜45°拍摄，重叠率约为60％，共拍摄340张；
所述地面三维激光点云数据采集根据现场情况布设扫描站点的站数和位置，扫描站点应确保扫描视野内无被遮挡区域，并能最大范围地扫描目标场景。
所述空地影像数据处理分为三部分:影像筛选、自动空中三角测量、全自动三维建模；
影像筛选是将地面相机拍摄的影像进行筛选，删除模糊、曝光过度和冗余的影像，避免再进行空中三角测量时计算失败。
自动空中三角测量是将影像导入ContextCapture4.4.9软件，把测量的控制点标记到拍摄的影像上，然后自动进行空中三角测量。
全自动三维建模是将空中三角测量结果自动密集匹配DSM，构建TIN模型、生成白模，然后进行3D纹理映射。
所述地面三维激光点云数据处理分为数据拼接、三维建模、纹理映射。
数据拼接是将地面三维激光扫描仪扫描的多测站激光点云数据导入Riscanpro1.6.4软件中进行拼接。拼接分为粗拼和精拼，粗拼是将2站具有一定重叠率的数据，通过手动平移、旋转使2站数据大致的拼接到一起。精拼是将粗拼后的数据进行全自动拼接，自动搜索拼接第一站数据与第二站数据相同的点，直至拼接精度满足要求。对拼接后的进行去噪，保留有研究价值的点云数据。
三维建模是将拼接后的点云数据导入到Geomagicstudio2012软件中三维建模。使用封装工具构建三角面片，三角面片构建物完成后会出现非流形边、自相交、高折射边、钉状物和小孔，在经过网格医生和填充孔等工具的修补使得三维模型的效果较好。
纹理映射是将封装修补后的白模导入到3DMax2015软件中进行纹理映射。纹理映射需要提前准备相机拍摄的实景正射影像并对其进行裁剪，映射后以达到实景的纹理效果。
本发明以地面相机影像、低空无人机影像和地面三维激光点云数据为融合对象，研究空地影像融合、低空影像融合地面三维激光点云和低空影像融合三维白模进行三维建模的方法，并对其三维建模精度和建模效果进行综合分析选取色彩纹理效果和几何结构精度最高的建模效果图以满足较大场景的三维实景模型的建模要求。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、进行空地影像融合三维建模；
步骤S2、进行低空影像和地面三维激光点云融合三维建模；
步骤S3、进行低空影像和三维白模融合三维建模；
步骤S4、对空地影像融合三维建模、低空影像和地面三维激光点云融合三维建模和低空影像和三维白模融合三维建模进行综合分析选取精度最高的作为包含多格式基础地理信息的三维场景显示。
2.根据权利要求1所述的一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，其特征在于：所述步骤S1，所述空地影像融合三维建模是以低空影像为主，地面影像为辅的三维建模技术，其关键核心技术是影像匹配，具体方式为：
步骤S101、将低空影像数据导入ContextCapture4.4.9软件中进行无像控点的自动空中三角测量处理,然后导入地面影像并对空地影像进行像控点的标记工作，每个像控点的标记要在地面影像和低空影像上分别标记至少三张，确保标记在每张影像上的精确度；
步骤S102、对标记像控点的空地影像进行空中三角测量处理，并实时查看空中三角测量处理报告，检查空中三角测量处理报告是否符合三维建模的精度要求：
若是，转向步骤S103；
若否，转向步骤S101；
步骤S103、进行全自动三维实景建模生成空地影像融合三维建模效果图。
3.根据权利要求2所述的一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，其特征在于：所述步骤S2，所述低空影像和地面三维激光点云融合三维建模是以低空影像为主，地面三维激光点云为辅的三维建模技术,其关键核心技术是坐标的统一，具体方式为：
步骤S201、将低空影像数据导入ContextCapture4.4.9软件中进行无像控点的自动空中三角测量处理，处理完成后导入关.las格式的地面三维激光点云数据，再对低空影像进行像控点的标记工作；
步骤S202、进行低空影像和地面三维激光点云数据融合的空中三角测量处理；
步骤S203、进行全自动三维实景建模生成低空影像和地面三维激光点云融合三维建模效果图。
4.根据权利要求3所述的一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，其特征在于：所述步骤S3，所述低空影像和三维白模融合三维建模是以低空影像为主，三维白模为辅的三维建模技术，其关键核心技术是三维白模的处理，具体方式为：
步骤S301、将低空影像数据导入ContextCapture4.4.9软件中进行像控点的标记工作；
步骤S302、对标记像控点的空地影像进行空中三角测量处理，并实时查看空中三角测量处理报告，检查空中三角测量处理报告是否符合三维建模的精度要求：
若是，转向步骤S303；
若否，转向步骤S301；
步骤S303、生成*.obj格式的三维模型到指定的文件夹下；
步骤S304、把在GeomagicStudio2012软件中由地面三维激光点云封装得到的三维白模导出格式为*.obj；
步骤S305、用*.obj形式的三维白模替换低空影像生成的*·obj格式的三维模型文件，进行全自动的三维建模生成影像和三维白模融合三维建模效果图。
5.根据权利要求4所述的一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，其特征在于：所述步骤S4，所述综合分析包括精度分析和建模效果分析。
6.根据权利要求5所述的一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，其特征在于：所述精度分析以钢尺量取的实际尺寸为‘准真值’，以软件手动量取的三维模型尺寸量值作为精度衡量值，具体方式为：
每个尺寸量取3次，取3次的平均值作为精度衡量值，其中量取3次中有2次误差超过0.5mm时，则此尺寸重新量取。
7.根据权利要求6所述的一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，其特征在于，所述建模效果分析主要以三维模型的几何结构效果和色彩纹理效果作为建模效果衡量标准，具体方式为：
依次比较空地影像融合三维建模效果图、低空影像和地面三维激光点云融合三维建模效果图和影像和三维白模融合三维建模效果图中的几何结构效果和色彩纹理效果。
8.根据权利要求7所述的一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，其特征在于，在进行所述空地影像融合三维建模、低空影像和地面三维激光点云融合三维建模以及影像和三维白模融合三维建模之前需要进行图像数据采集和图像数据处理，所述图像数据采集包括地面影像数据采集、低空影像数据采集和地面三维激光点云数据采集，所述图像数据处理包括空地影像数据处理和地面三维激光点云数据处理。
9.根据权利要求8所述的一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，其特征在于，所述地面影像数据采集在地面对研究对象进行环绕拍摄三圈，分别为垂直90°、上倾40°和下倾45°拍摄，重叠率约为60％，共拍摄209张；
所述低空影像数据采集在低空对研究对象进行环绕拍摄三圈，分别为斜高5m，10m，15m倾斜45°拍摄，重叠率约为60％，共拍摄340张；
所述地面三维激光点云数据采集根据现场情况布设扫描站点的站数和位置，扫描站点应确保扫描视野内无被遮挡区域，并能最大范围地扫描目标场景。
10.根据权利要求9所述的一种多格式基础地理信息数据融合显示的方法，其特征在于，所述空地影像数据处理分为三部分:影像筛选、自动空中三角测量、全自动三维建模；
所述地面三维激光点云数据处理分为数据拼接、三维建模、纹理映射。
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2021
- 2021-01-07 CN CN202110017024.8A patent/CN112884890A/zh active Pending
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