CN103632538A - 道路3d实景采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路3D实景采集系统，属于城市道路交通建模技术领域。系统安装于采集车内，包括全景摄像机、卫星定位系统、惯量姿态检测装置和数据处理平台；全景摄像机、卫星定位系统、惯量姿态检测装置同步采集道路环境图像数据、空间位置数据和车辆姿态数据，并将采集到的数据传送至数据处理平台；数据处理平台接收到同步传送的各项数据，并通过其上的三维坐标解算模块和三维对象编辑与管理模块实现坐标解算、3D图像建立以及3D模型应用。本系统结构简单，成本较低，能够快速的对城市道路环境进行3D实景采集，并建立三维模型，从而实现城市道路交通环境的三维模型管理和应用，有效弥补了现有道路实景采集系统缺乏实景三维数据的缺陷。

Description

道路3D实景采集系统

技术领域

本发明属于城市道路交通3D建模技术领域，涉及一种道路3D实景采集系统。

背景技术

随着计算机技术和信息技术的飞速发展，城市信息化的程度越来越高，信息技术正全方位地渗入城市规划领域中，而“数字地球”(Digital Earth)、“数字城市”(Digital City)概念的提出和相关技术的逐步完善，也使得城市规划设计的技术手段越来越丰富，道路3D实景采集系统是3D-GIS研究的一部分，该系统的研究、建立与应用是目前GIS学科的热点之一，在数字城市、自然资源管理、城市规划、交通等应用领域显示出重要的价值和巨大的潜力。

道路3D实景采集系统是建立数字城市的基础和重点,是智能交通系统ITS领域的一个研究热点。人们正在通过各种各样的途径进行城市建模,而且已经取得非常重要的进展。由于我国数字城市建设起步较晚，在我国，城市GIS系统正从二维GIS向三维GIS发展，通讯基础设施的进展速度比较快，政府和企业内部信息系统建设的进展比较慢，数字城市的综合集成还处在低级阶段。道路3D实景采集技术是实现道路三维GIS系统的关键技术。道路3D实景采集系统是指能对道路（包括城市道路、高速公路、等级公路等）某区域内空间对象进行三维数据的采集和分析，是建立三维GIS系统的基础。

近年来，国内外许多学者已经在道路3D实景采集方面做了很多研究，也得到了丰硕的成果。这在很大程度上推动了三维实景采集、可视化等技术在城市管理、高速公路管理，公路应急指挥，出行服务等领域的应用发展。但是，目前在复杂建筑物建模、真实纹理提取、实景连续采集等方面还有些问题急待解决，且大多数的3D采集系统都结构复杂、价格高昂，难以在国内推广。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种道路3D实景采集系统，该系统通过全景摄像机、卫星定位系统和惯量姿态检测装置同步进行各项数据采集，将采集到的数据传送至数据处理平台，数据处理平台根据采集到的数据进行处理并建立3D模型，实现对影像数据中的道路交通设施、建筑物等进行精确的三维实体建模。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种道路3D实景采集系统，安装于一台采集车内，包括全景摄像机、卫星定位系统、惯量姿态检测装置和数据处理平台；全景摄像机、卫星定位系统、惯量姿态检测装置同步采集道路环境图像数据、空间位置数据和车辆姿态数据，并将采集到的数据传送至数据处理平台；数据处理平台接收到同步传送的各项数据，并通过其上的三维坐标解算模块和三维对象编辑与管理模块实现坐标解算、3D图像建立以及3D模型应用。

进一步，数据处理平台上的三维坐标解算模块利用相机矢量CV技术对每帧图像数据中的每一个像素解算其三维相对坐标和绝对坐标，与影像数据建立索引保存到数据库中，并根据相邻帧间特征点数据构成没有盲点的完整三维图像。

进一步，所述三维对象编辑与管理模块用于实现对三维图像模型的管理和应用，包括：在模型上360度全方位查看道路周围景物、实时影像数据中点线面的跟踪与3D坐标的显示、量测任意两点间的距离、任意区域的面积和垂直高度以及3DCG的载入与导出。

进一步，所述卫星定位系统采用北斗卫星定位系统。

进一步，所述卫星定位系统采用GPS卫星定位系统。

进一步，所述GPS卫星定位系统采用1块GPS模块。

进一步，所述数据处理平台采用具有固体硬盘的车载计算机。固体硬盘速度快，且抗震性能好，非常适合于应用于车载计算机。

本发明的有益效果在于：本发明提供的道路3D实景采集系统结构简单，制造成本较低，能够方便快速的对城市道路环境进行3D实景采集，并建立三维模型，从而实现城市道路交通环境的三维模型管理和应用，有效弥补了现有道路实景采集系统缺乏实景三维数据的缺陷，同时也是对传统卫星/航测影响和人工单点数据采集技术之间的有效补充。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本系统的结构示意图；

图2为本系统的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本系统的结构示意图，如图所示，本系统包括全景摄像机、卫星定位系统、惯量姿态检测装置和数据处理平台；全景摄像机、卫星定位系统、惯量姿态检测装置分别与数据处理平台相连；全景摄像机、卫星定位系统、惯量姿态检测装置同步采集道路环境图像数据、空间位置数据和车辆姿态数据，并将采集到的数据传送至数据处理平台；数据处理平台接收到同步传送的各项数据，并通过其上的三维坐标解算模块和三维对象编辑与管理模块实现坐标解算、3D图像建立以及3D模型应用。上述设备都安装在一台采集车内。

在本实施例中，卫星定位系统采用但不限于GPS卫星定位系统，其中采用1块GPS模块。当需要进行道路环境的3D实景采集时，工作人员将采集车行驶在道路上，车速控制在30～50km/h之内，开启系统，系统将自动对数据进行采集。

图2为本系统的工作流程图，如图所示，本系统的具体工作流程为：当需要对道路环境进行3D实景采集时，工作人员将采集车驾驶在需要采集的道路上，保持30～50km/h的车速并开启系统。当系统开启后，全景摄像机开始工作，并对道路环境进行360度全景影像的录入，这种影像的录入，相对于普通相机全景摄像机录入的画面是没有盲点存在的；同时，卫星定位系统GPS采集空间位置数据，惯量姿态检测装置IMU采集车辆姿态数据，卫星定位系统、惯量姿态检测装置和全景摄像机在采集数据的时候采用时间同步技术。当全景摄像机、卫星定位系统和惯量姿态检测装置采集到同步数据后，各数据被传送至数据处理平台，在本实施例中，数据处理平台采用具有固体硬盘的车载计算机；数据处理平台接收到上述原始数据以后对数据进行分析处理，其中，数据处理平台上的三维坐标解算模块会根据接收到的数据进行坐标解算，进而建立道路环境的三维模型。

在本实施例中，三维坐标解算模块利用相机矢量CV技术对每帧图像数据中的每一个像素解算其三维相对坐标和绝对坐标，与影像数据建立索引保存到数据库中，同时，根据相邻帧间特征点数据构成没有盲点的完整三维图像。CV（Camera Vector，相机矢量）技术就是利用来自相机中心的矢量（包含位置和方位信息），给每一祯的每一个像素分配准确的3D坐标，一个CV值表示一帧图像所处的3D位置和姿态；自动抽取全景影像中的特征点，通过这些点之间的相对关系，计算CV值，然后通过IMU来确定CV值在实际坐标系中的位置，从而得到全景影像中每个像素点的实际坐标。

在得到道路环境的三维模型以后可以通过系统对模型进行管理和应用，满足人们的数字化城市系统管理需求。具体来说，在通过本系统得到道路环境三维模型以后，使用者可以在模型上360度全方位查看道路周围景物、实时影像数据中点线面的跟踪与3D坐标的显示、量测任意两点间的距离、任意区域的面积和垂直高度以及3DCG的载入与导出。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种道路3D实景采集系统，其特征在于：所述采集系统安装于一台采集车内，包括全景摄像机、卫星定位系统、惯量姿态检测装置和数据处理平台；全景摄像机、卫星定位系统、惯量姿态检测装置同步采集道路环境图像数据、空间位置数据和车辆姿态数据，并将采集到的数据传送至数据处理平台；数据处理平台接收到同步传送的各项数据，并通过其上的三维坐标解算模块和三维对象编辑与管理模块实现坐标解算、3D图像建立以及3D模型应用。

2.根据权利要求1所述的道路3D实景采集系统，其特征在于：数据处理平台上的三维坐标解算模块利用相机矢量CV技术对每帧图像数据中的每一个像素解算其三维相对坐标和绝对坐标，与影像数据建立索引保存到数据库中，并根据相邻帧间特征点数据构成没有盲点的完整三维图像。

3.根据权利要求1所述的道路3D实景采集系统，其特征在于：所述三维对象编辑与管理模块用于实现对三维图像模型的管理和应用，包括：在模型上360度全方位查看道路周围景物、实时影像数据中点线面的跟踪与3D坐标的显示、量测任意两点间的距离、任意区域的面积和垂直高度以及3DCG的载入与导出。

4.根据权利要求1所述的道路3D实景采集系统，其特征在于：所述卫星定位系统采用北斗卫星定位系统。

5.根据权利要求1所述的道路3D实景采集系统，其特征在于：所述卫星定位系统采用GPS卫星定位系统。

6.根据权利要求5所述的道路3D实景采集系统，其特征在于：所述GPS卫星定位系统采用1块GPS模块。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的道路3D实景采集系统，其特征在于：所述数据处理平台采用具有固体硬盘的车载计算机。

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