一种无人机裸眼3D全数字测图法制造技术

本发明专利技术提供一种一种无人机裸眼3D全数字测图法，采用无人机航测法建立密集点云数据，采用点云滤波分类法提取地面特征点，点云逆向工程法转化为三维格网模型，通过格网孔洞修饰和格网内插法优化格网空间结构，根据比例尺需求设置等高线参数，建立三维平滑等高线，精度能够对达到5cm以内。其等高线能够直接转化为TIN三角网、数字高程模型(DEM)，密集点云数据，能够直接用于土石方计算，三维GIS模型建立。以解决现有模型不能真实反应地形空间起伏变化，不能直接应用于土石方计算、施工便道选线等，影响数字地形产品交互效率的问题。属于土木工程领域。程领域。程领域。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机裸眼3D全数字测图法


[0001]本专利技术涉及一种无人机裸眼3D全数字测图法，该方法特别适用于野外地形测绘，属土木工程领域。

技术介绍

[0002]目前，地形图测绘主要以GPS
‑
RTK为主，其存在外业工作量大、周期长、工作效率低、精度受限等问题，不能最真实掌握施工现场三维地形信息，对项目决策带来一定的影响。随着无人机航测技术的普及，较为先进的方法可以采用无人机航测建立三维地形模型(也叫实景模型)，受建筑群体和密集植被体的影响，但其模型不能真实反应地形空间起伏变化，不能直接应用于土石方计算、施工便道选线等，严重影响了数字地形产品交互效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种无人机裸眼3D全数字测图法，以解决现有模型不能真实反应地形空间起伏变化，不能直接应用于土石方计算、施工便道选线等，影响数字地形产品交互效率的问题。
[0004]为实现上述目的，拟采用这样一种无人机裸眼3D全数字测图法，具体方案如下：
[0005]1)航拍采集及处理
[0006]采用便携式的航标作为像控点，在测区四周布设4
‑
6个点，用RTK测量出航标中心点的坐标，并将其转化到WGS84
‑
UTM坐标系下；
[0007]在行规软件上设置航飞参数，飞行任务采用格网或者环向绕飞模式，高度控制在120m以内，航向与旁向重贴率为80％，相机倾角为15
°
，飞行采样时间为2s；
[0008]将无人机影像拷贝到电脑上，选择任一航片调整影像曝光参数，记录其参数值，对所有的航片进行批量处理，统一所有的航片分辨率、曝光强度、色彩；
[0009]在航测数据处理软件中，新建工程，导入无人机影像数据和相控点坐标，采用公式Int(L/6)+31计算出测区的坐标带号，L为测区经度，对应在北半球找到坐标系统，在bigmap地图软件中，下载测区数据量范围KML文件，将其添加到航测数据处理软件中，以此定义航片处理范围，并建立航测数据处理流程，检查控制点精度合格后，设置点云采样间距为1cm，生产高精度的密集点云数据，点云输出选择las格式。
[0010]2)点云滤波分类；
[0011]在点云数据软件中，导入航测点云，在点云分类模块中，将初始点云定义为未分类状态，采用参数滤波分类法与手动分类法相结合的方式分类出地面点；
[0012]参数滤波分类，首先采用参数滤波分类提取地面点云，框选全部点云数据，选择地面分类功能，设置点云滤波参数，不同地势范围下的点与滤波参数见下表：
[0013]表1：不同地势的点云滤波分类参数表
[0014]地势建筑尺寸地面角迭代角地面距离迭代边长平原地区<最大建筑体投影长度<30
°4°
～6
°
<1m1m～2m
丘陵地区<最大建筑体投影长度30
°
～60
°6°
～12
°
1m～1.5m2m～3m山区地区<最大建筑体投影长度60
°
～75
°
12
°
～20
°
1m～1.5m3m～5m
[0015]滤波优化，待自动进行分类结束后，需要采用手动分类配合，逐一定义分类异常区域，调整上述5个滤波参数，对点云进行优化处理，直到得到满意的地面点云，对于建筑体较为密集的区域，直接定义建筑体的范围进行删除，保留地面点云即可；
[0016]点云平滑，选择分类好的地面点云，设置点云平滑最大修复值为0.1m，收缩半径为0.2m，平滑类型为三维坐标值XYZ，确保后续三维格网建立的精细度和质量。
[0017]3)网格曲面建立；
[0018]格网建立，在网格模块下，设置合适的点云采样间距，将点云数据转化为三维格网模型；
[0019]内部孔洞修饰，针对网格孔洞填补，采用手动补洞与自动补洞相结合，内部孔洞采用自动填补为主，设置孔洞长度，全选内部孔洞，结合现场的地形情况，调整孔洞的平滑率，实现对内部孔洞的填补；
[0020]外部孔洞修饰，对于外部孔洞的填补，在边缘选择两个特征点或者特征线，通过桥接法创建新的边界，将原有外部孔分割成一个新的外部孔和一个内部孔，再采用内部补洞法将其填补；
[0021]4)三角网内插处理
[0022]采用三角网采用距离平方倒数加权空间插值法进行优化，利用坡上点和坡下点之间的空间位置关系，通过插值法计算出坡面点，再将坡面点与四周的点重新连接构建三角网。
[0023]5)参数化测图
[0024]基于内插格网，根据数字测图比例尺的要求，设置一般等高线的间距n，主等高线距离m，其中m＝5n，不同比例尺等高线参数详见下表：
[0025]表2：不同比例尺等高距参数值
[0026]比例尺1:5001:10001:50001:100001:50000等高距0.5m1m2.5m5m10m主等高距2.5m5m12.5m25m50m
[0027]采用空间样条曲线拟合法，对现有等高线中的折线进行优化处理，确保所有等高线均为光滑的空间曲线；
[0028]其三维等高线模型，带有完整的坐标信息，能够将其转化到任意的坐标基准下，该等高线模型亦能够转化成数字高程模型、不规则三角网，支持与其它点云数据、数字高程模型、数字正射影像无缝融合处理，还可用来生成高精度的三维GIS模型，在土石方的计算、施工便道选线、集成BIM模型等方面均有较好的应用价值，实现地形数据多样化应用。
[0029]与现有技术相比，本专利技术采用无人机航测法建立密集点云数据，采用点云滤波分类法提取地面特征点，点云逆向工程法转化为三维格网模型，通过格网孔洞修饰和格网内插法优化格网空间结构，根据比例尺需求设置等高线参数，建立三维平滑等高线，精度能够对达到5cm以内。其等高线能够直接转化为TIN三角网、数字高程模型(DEM)，密集点云数据，能够直接用于土石方计算，三维GIS模型建立，其数字化交互性效果好，适用于施工生产任何阶段，社会效益和经济效益显著，具有重要的指导意义和推广价值，同时，还具有地形精
度高、人工干预较少、全数字化表达效果好、数字移交率高、工作效率快等诸多优点。
附图说明
[0030]图1是地面点云滤波分类图；
[0031]图2是地面点云滤波分类断面图；
[0032]图3是三角网孔洞图；
[0033]图4是三角网孔洞修饰图；
[0034]图5是三维等高线图。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0036]实施例
[0037]参照图1至图5，本实施例提供一种无人机裸眼3D全数字测图法，操作要点如下：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机裸眼3D全数字测图法，一种无人机裸眼3D全数字测图法，具体方案如下：1)航拍采集及处理采用便携式的航标作为像控点，在测区四周布设4
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6个点，用RTK测量出航标中心点的坐标，并将其转化到WGS84
‑
UTM坐标系下；将无人机影像拷贝到电脑上，选择任一航片调整影像曝光参数，记录其参数值，对所有的航片进行批量处理，统一所有的航片分辨率、曝光强度、色彩；在航测数据处理软件中，新建工程，导入无人机影像数据和相控点坐标，采用公式Int(L/6)+31计算出测区的坐标带号，L为测区经度，对应在北半球找到坐标系统，在bigmap地图软件中，下载测区数据量范围KML文件，将其添加到航测数据处理软件中，以此定义航片处理范围，并建立航测数据处理流程，检查控制点精度合格后，设置点云采样间距为1cm，生产高精度的密集点云数据，点云输出选择las格式。2)点云滤波分类；在点云数据软件中，导入航测点云，在点云分类模块中，将初始点云定义为未分类状态，采用参数滤波分类法与手动分类法相结合的方式分类出地面点；3)网格曲面建立；格网建立，在网格模块下，设置合适的点云采样间距，将点云数据转化为三维格网模型；4)三角网内插处理采用三角网采用距离平方倒数加权空间插值法进行优化，利用坡上点和坡下点之间的空间位置关系，通过插值法计算出坡面点，再将坡面点与四周的点重新连接构建三角网。5)参数化测图基于内插格网，根据数字测图比例尺的要求，设置一般等高线的间距n，主等高线距离m，其中m＝5n，不同比例尺等高线参数详见下表：表1：不同比例尺等高距参数值比例尺1:5001:10001:50001:100001:50000等高距0.5m1m2.5m5m10m主等高距2.5m5m12.5m25m50m采用空间样条曲线拟合法，对现有等高线中的折线进行优化处理，确保所有等高线均为光滑的空间曲线。2.根据权利要求1所述一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢显龙，胡光全，邓道彬，何寿海，罗勇，熊廷亮，阮忠栎，雍婷婷，谢能，
申请(专利权)人：中铁二局第一工程有限公司，
类型：发明
国别省市：