CN105005580A - 一种用于显示水库地形的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种用于显示水库地形的方法及其装置，包括：根据水库3D显示需求，利用激光扫描仪采集水库地形数据；分别将激光扫描仪采集的水库地形数据和水库数字线划数据进行处理，并将处理后的数据进行结合；在结合后的数据中分别提取可用数据制作数字高程显示图像，以及建立水工建筑物及附属设备表面3D显示图像；将所述数字高程显示图像同整个库区的高清影像数据相融合建立水库3D地景显示图像，并将所述水工建筑物及附属设备表面3D显示图像倒入3Dmax精细显示；将所述水库3D地景显示图像和3Dmax精细显示图像合并成为水库3D粗细搭配显示图像。本申请可以实现高精度、高效率的水库3D粗细搭配显示技术。
Description
技术领域
本申请涉及3D显示技术领域，尤其涉及一种用于显示水库地形的方法及其装置。
背景技术
目前，水库对人类的生产生活起着至关重要的作用，利用信息化手段建立水库3D显示图像是水库发展应用的一个前景。数据采集是水库3D显示的基础。而水库一般坐落在深山峡谷，地形变化剧烈，两岸山势陡峭，特别是遇到天气条件差的地区，势必为水库数据采集工作带来一定的困扰，即使能勉强开展工作，作业效率低下，又存在工期无法满足要求，精度很难保证显示要求，而且投入太大，人身安全也得不到保证。目前的测量工具，像全站仪和GPS接收机都使水库数据采集的效率较传统的仪器而言提高了许多，但是它们是逐点采集并且获得的点的密度仍然不能完全提供表面信息，难以实现实体表面显示图像的建立。航空摄影测量、遥感等采集方法可以一次性获取大量点的空间信息但存在周期长效率低等问题。而常见显示方法则是通过航空摄影测量直接获取建筑物等地物表面的三维坐标和地形表面的数字高程显示图像(DEM)，进行几何显示，利用航空影像提取建筑物和地面纹理并进行纹理映射。但这种显示方法精度不高，建立几何显示图像的工作量较大。
公开日为2012年5月23日的中国专利CN101714211公开了一种基于模板匹配的高分辨率遥感影像道路中心线检测的方法,主要解决现有技术检测道路的准确度不高的问题,其检测过程是:(1)输入一幅高分辨率遥感图像,并对其进行增强；(2)以初始种子点为中心新建一个与道路前进方向垂直的初始模板窗；(3)将初始模板窗沿着一定步长移动,得到一个目标窗；(4)对目标窗进行移位得到若干个目标窗；(5)使用相似度准则,找出与初始模板窗特征最相似的目标窗；(6)以目标窗的中心点为新的种子点,用目标窗更新初始模板窗,进行下一步迭代,直到搜索到图像边界或者图像中的道路搜索完为止,得到以圆圈为标记的道路中心线。本发明具有准确、有效的优点,可用于高分辨率遥感影像道路中心线的检测。但是其仅仅是一种道路中心线检测方法，无法对于水库等复杂地貌环境进行检测，并且其无法实现根据检测地貌的显示。
公开日为2014年7月9日的中国专利CN103913117公开了一种三维激光扫描仪定位装置，包括三维激光扫描仪定位基座和两个定位棱镜，两个定位棱镜分别通过定位棱镜连接杆设置在三维激光扫描仪定位基座的两侧，其中定位棱镜连接杆固定在所述三维激光扫描仪定位基座上，两个定位棱镜通过螺口连接设置在定位棱镜连接杆的两端。该专利还提供了一种三维激光扫描仪激光点云绝对定位方法。该专利能够在确保位置和方向传递精度的前提下，简化外业定位数据采集工作的操作流程，方便软件进行快速数据自动匹配和计算，并且使得三维激光扫描仪获得的海量点云数据的拼接和绝对定位不再受计算机性能的局限，该专利还能够直接获得具有与用户工程坐标系一致的三维激光点云数据，从而使用更加方便，定位更加准确和快速。但是该专利技术仅描述了如何利用激光扫描仪进行定位，以及点云数据的拼接和绝对定位不再受计算机性能的局限，其同样对于水库这一特定检测环境并未阐述，也无法实现针对水库这一严峻环境，如何实现数据采集以及准确显示。
公开日为2013年6月12日的中国专利CN103150751公开了在数字地图中实现建筑物内外一体化的三维显示方法，其特征在于：按以下步骤进行，1)建筑物数据建档：收集目标区域内的建筑施工CAD图纸，将同一坐标的CAD图纸放入同一命名文件夹中；2)建筑物数据检查：读取CAD图纸，检查图中的数据是否是为自定义实体，如果不满足则标识当前实体，进行人为干预录入正确数据，再检查直到所有的数据都正确；3)数据提取：提取建筑建筑物中的自定义实体，并将自定义实体的信息如实体类型、高度等实体的相关信息保存到本文件夹下建立的文本文件中作为显示的数据源；4)建立数据源：将上述提取的数据按不同楼层保存为楼层txt文档，按不同楼层建立一个对应前述txt文档相对应的xml配置文档，作为所述建筑物数据源；同一坐标的文件夹中所建立的txt文档及对应的xml配置文档存放本文件夹下；5)脚本生成：扫描步骤4)后的文件夹，读取xml配置文档，再根据所述xml配置文档调用所述楼层txt文档，逐步读取各楼层的实体信息，生成包含每一层数据的MAXScript脚本文件；6)显示图像生成：利用3DMAX将所述MAXScript脚本文件转换为三维显示图像；7)导入地图：利用地理坐标信息定位步骤6)得到的三维显示图像；根据地理坐标信息及缩放比例将构建好的三维显示图像导入数字地图中的相应位置，形成三维场景，完成在数字地图中实现建筑物内外一体化的三维显示。但是该专利仅利用现有的目标区域内的建筑施工CAD图纸和建筑物数据检查，无法针对水坝等各复杂地貌进行准确的数据采集，其并不适用于水坝等复杂环境的显示，容易造成显示精度差的缺陷。
因此，如何在严峻条件下既能兼顾数据采集效率与显示精度的平衡，又能快速实现水库地景与水工建筑物及附属设备设施粗细搭配的三维显示一直以来都是水库3D显示的一个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种用于显示水库地形的方法及其装置，克服传统测绘手段在严峻条件下的水库数据采集难、工作量大、精度难以保证等问题，实现高精度、高效率的水库3D粗细搭配显示技术。
本申请提供一种用于显示水库地形的方法，包括：
根据水库3D显示需求，利用激光扫描仪采集水库地形数据；
分别将激光扫描仪采集的水库地形数据和水库数字线划数据进行处理，并将处理后的数据进行结合；
在结合后的数据中分别提取可用数据制作数字高程显示图像，以及建立水工建筑物及附属设备表面3D显示图像；
将所述数字高程显示图像同整个库区的高清影像数据相融合建立水库3D地景显示图像，并将所述水工建筑物及附属设备表面3D显示图像倒入3Dmax精细显示；
将所述水库3D地景显示图像和3Dmax精细显示图像合并成为水库3D粗细搭配显示图像。
在本申请一具体实现中，所述方法还包括：
根据存储的水库3D显示图像进行需求分析，获得水库3D显示的需求。
在本申请一具体实现中，所述根据水库3D显示需求，利用激光扫描仪采集水库地形数据包括：
规划数据采集路径，获取水库地形数据的采集路径的交通状况；
根据所述采集路径的交通状况，选取进行水库地形数据采集的车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪；
根据水库3D显示需求以及所述车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪的精度，布设扫描站点，确定并设置所述车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪的扫描参数，完成水库地形数据的采集。
在本申请一具体实现中，所述将激光扫描仪采集的水库地形数据进行处理包括：
将激光扫描仪采集的水库地形数据进行激光点云数据处理，滤除无用数据，提取目标物表面的点云数据；
所述将水库数字线划数据进行处理包括：：
利用激光点云数据处理生成等高线和高程点；或者，
利用已有电子版数字线划图数据在AutoCAD中提取出高程点和等高线。
在本申请一具体实现中，所述利用已有电子版数字线划图数据在AutoCAD中提取出高程点和等高线包括：对于局部区域无法获取高精度的等高线或高程点数据，利用激光扫描仪采集的对应点云数据作为高程点：
制作道路缓冲区数据；
从激光扫描仪获取的点云数据中提取出水库周围道路点云数据，利用点云抽稀函数对点所述云数据进行抽稀
用裁剪函数，以道路缓冲区为裁剪要素、水库周围道路点云数据为被裁剪要素，提取出缓冲区范围内的道路点云数据作为高程点。
对应于上述方法，本申请还提供一种用于显示水库地形的装置，包括：
数据采集模块，用于根据水库3D显示需求，利用激光扫描仪采集水库地形数据；
数据处理模块，用于分别将激光扫描仪采集的水库地形数据和水库数字线划数据进行处理，并将处理后的数据进行结合；
显示图像建立模块，用于在结合后的数据中分别提取可用数据制作数字高程显示图像，以及建立水工建筑物及附属设备表面3D显示图像；
显示图像导入模块，用于将所述数字高程显示图像同整个库区的高清影像数据相融合建立水库3D地景显示图像，并将所述水工建筑物及附属设备表面3D显示图像倒入3Dmax精细显示；
显示图像合并模块，用于将所述水库3D地景显示图像和3Dmax精细显示图像合并成为水库3D粗细搭配显示图像。
在本申请一具体实现中，所述装置还包括：
需求获得模块，用于根据存储的水库3D显示图像进行需求分析，获得水库3D显示的需求。
在本申请一具体实现中，所述数据采集模块包括：
路径规划单元，用于规划数据采集路径，获取水库地形数据的采集路径的交通状况；
扫描仪选取单元，用于根据所述采集路径的交通状况，选取进行水库地形数据采集的车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪；
参数设置单元，用于根据水库3D显示需求以及所述车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪的精度，布设扫描站点，确定并设置所述车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪的扫描参数，完成水库地形数据的采集。
在本申请一具体实现中，所述数据处理模块中将激光扫描仪采集的水库地形数据进行处理包括：
将激光扫描仪采集的水库地形数据进行激光点云数据处理，滤除无用数据，提取目标物表面的点云数据；
所述数据处理模块中将水库数字线划数据进行处理包括：：
利用激光点云数据处理生成等高线和高程点；或者，
利用已有电子版数字线划图数据在AutoCAD中提取出高程点和等高线。
在本申请一具体实现中，所述利用已有电子版数字线划图数据在AutoCAD中提取出高程点和等高线包括：对于局部区域无法获取高精度的等高线或高程点数据，利用激光扫描仪采集的对应点云数据作为高程点：
制作道路缓冲区数据；
从激光扫描仪获取的点云数据中提取出水库周围道路点云数据，利用点云抽稀函数对点所述云数据进行抽稀
用裁剪函数，以道路缓冲区为裁剪要素、水库周围道路点云数据为被裁剪要素，提取出缓冲区范围内的道路点云数据作为高程点。
由以上技术方案可见，本申请根据水库3D显示需求，利用激光扫描仪采集水库地形数据，并分别将激光扫描仪采集的水库地形数据和水库数字线划数据进行处理，并将处理后的数据进行结合。本申请在结合后的数据中分别提取可用数据制作数字高程显示图像，以及建立水工建筑物及附属设备表面3D显示图像。本申请将所述数字高程显示图像同整个库区的高清影像数据相融合建立水库3D地景显示图像，并将所述水工建筑物及附属设备表面3D显示图像倒入3Dmax精细显示，并将所述水库3D地景显示图像和3Dmax精细显示图像合并成为水库3D粗细搭配显示图像。本申请克服传统测绘手段在严峻条件下的水库数据采集难、工作量大、精度难以保证等问题，实现高精度、高效率的水库3D粗细搭配显示技术。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请用于显示水库地形的方法的一实施例的流程图；
图2是本申请用于显示水库地形的方法中步骤S1的流程图；
图3是本申请方法中利用激光扫描仪采集的对应点云数据作为高程点的步骤流程图；
图4是本申请利用激光扫描仪采集的对应点云数据作为高程点的软件示意图；
图5是本申请基于FME制作DEM的软件示意图；
图6是本申请用于显示水库地形的方法的另一实施例的流程图；
图7是本申请用于显示水库地形的装置的一实施例的结构图；
图8是本申请用于显示水库地形的装置的数据采集模块的结构图；
图9是本申请用于显示水库地形的装置的另一实施例的结构图。
具体实施方式
本申请根据水库3D显示需求，利用激光扫描仪采集水库地形数据，并分别将激光扫描仪采集的水库地形数据和水库数字线划数据进行处理，并将处理后的数据进行结合。本申请在结合后的数据中分别提取可用数据制作数字高程显示图像，以及建立水工建筑物及附属设备表面3D显示图像。本申请将所述数字高程显示图像同整个库区的高清影像数据相融合建立水库3D地景显示图像，并将所述水工建筑物及附属设备表面3D显示图像倒入3Dmax精细显示，并将所述水库3D地景显示图像和3Dmax精细显示图像合并成为水库3D粗细搭配显示图像。本申请克服传统测绘手段在严峻条件下的水库数据采集难、工作量大、精度难以保证等问题，实现高精度、高效率的水库3D粗细搭配显示技术。
当然，实施本申请的任一技术方案必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
为了使本领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
下面结合本申请附图进一步说明本申请具体实现。
参看图1，本申请提供一种用于显示水库地形的方法，所述方法包括：
S1、根据水库3D显示需求，利用激光扫描仪采集水库地形数据。
在本申请一具体实现中，参看图2，所述步骤S1包括：
S11、规划数据采集路径，获取水库地形数据的采集路径的交通状况。
具体地，本申请在进行水库地形数据采集前，应当进行准备工作，即进行实地踏勘，根据水库的地貌特点，规划合理的采集路径。从而，根据采集路径，获取水库地形数据的采集路径的交通状况。
S12、根据所述采集路径的交通状况，选取进行水库地形数据采集的车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪。
比如，对于水库周围交通情况良好的，可以利用车载激光扫描仪采集库区道路、护栏和边坡防护部分；交通不便的区域或者车载激光扫描仪难以采集有效数据的地方可以采用地面激光扫描仪进行采集，例如大坝、溢洪道等水工建筑物以及附属设备等用地面激光扫描仪进行采集数据。
S13、根据水库3D显示需求以及所述车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪的精度，布设扫描站点，确定并设置所述车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪的扫描参数，完成水库地形数据的采集。
此外，还可以利用水经注软件下载航拍(卫星)影像。
S2、分别将激光扫描仪采集的水库地形数据和水库数字线划数据进行处理，并将处理后的数据进行结合。
无论是车载激光扫描仪还是地面激光扫描仪采集的点云数据都或多或少的受仪器自身、被测物体的特征和周围环境等影响存在一定的噪声和误差，必须对其采集的点云数据进行过滤，去除堆无用数据，提取目标物表面的点云数据。
具体地，可以用激光扫描仪配套软件进行点云数据的去噪、特征点提取，接着对不同站点的点云数据进行拼接融合并转换为与获取航拍(卫星)影像相同的坐标系，这样有利于后面水库显示工作。
所述将水库数字线划数据进行处理包括：
利用激光点云数据处理生成等高线和高程点；或者，
利用已有电子版数字线划图数据在AutoCAD中提取出高程点和等高线。
但是前者较为麻烦，目前多采用后者提取高程点和等高线。
所述利用已有电子版数字线划图数据在AutoCAD中提取出高程点和等高线包括：对于局部区域无法获取高精度的等高线或高程点数据，利用激光扫描仪采集的对应点云数据作为高程点的软件示意界面如图4所示。
参见图3，其操作步骤包括：
P1、制作道路缓冲区数据。
本申请可以在ARCGIS中利用获取的航拍(卫星)影像上矢量化——画道路中心线，再对道路中心线做缓冲区，即为图4中所示的buffer数据。ArcGIS是Esri公司集40余年地理信息系统(GIS)咨询和研发经验，奉献给用户的一套完整的GIS平台产品，具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享的能力。
P2、从激光扫描仪获取的点云数据中提取出水库周围道路点云数据(LAS)并加载到FME中，利用点云抽稀函数(PointCloudThinner)对点所述云数据进行抽稀。
P3、用裁剪函数(Clipper)，以道路缓冲区为裁剪要素、水库周围道路点云数据为被裁剪要素，提取出缓冲区范围内的道路点云数据作为高程点。
S3、在结合后的数据中分别提取可用数据制作数字高程显示图像，以及建立水工建筑物及附属设备表面3D显示图像。
具体地，本申请基于FME制作DEM，具体如图5所示。其中，FME(FeatureManipulate Engineering,简称FME)是加拿大Safe Software公司开发的空间数据转换处理系统,它是完整的空间ETL解决方案。该方案基于OpenGIS组织提出的新的数据转换理念“语义转换”,通过提供在转换过程中重构数据的功能,实现了超过250种不同空间数据格式(显示图像)之间的转换,为进行快速、高质量、多需求的数据转换应用提供了高效、可靠的手段。
本申请可用数据(读取要素类型)包括提取的道路点云数据CloudHeight1，从数字线划图提取等高线数据contour、road_polygon，从数字线划图提取的高程点数据T801_height。先用二维数据转换三维数据的3DForcer转换函数进行转换，这是因为FME默认打开的数据都是二维数据，其中点云数据与从数字线划图提取的数据不用同一个3DForcer转换工具是因为其高程字段不一样。把输入的数据都转换为三维数据之后，用FME工具箱中的RasterDEMGenerator函数制作数字高程显示图像，写入想要的目标数据格式。
具体地，本申请提取可用数据建立水工建筑物及附属设备表面3D显示图像。由于三维激光点云数据的一个显著特点就是采集大量的点云数据来展示物体的表面显示图像，本申请由三维激光扫描技术获取的水工建筑物及附属设备的点云数据(可用数据)是由不规则的离散点构成的，这些三维空间点云经过数据过滤、融合、拼接等一系列数据处理后即可得到水工建筑物及附属设备的空间三维表面显示图像。
三维空间点云经过数据过滤、融合、拼接等一系列数据处理后即可得到水工建筑物及附属设备的空间三维表面显示图像具体如下：
x＝-f(a1(X-Xs)+b1(Y-Ys)+c1(Z-Zs))/(a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs))
y＝-f(a2(X-Xs)+b2(Y-Ys)+c2(Z-Zs))/a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs))
其中，a1＝cosΨcosκ-sinΨsinωsinκ
a2＝-cosΨsinκ-sinΨsinωcosκ
a3＝-sinΨcosω
b1＝cosωsinκ
b2＝cosωcosκ
b3＝-sinω
c1＝sinΨcosκ+cosΨsinωsinκ
c2＝-sinΨsinκ+cosΨsinωcosκ
c3＝cosΨcosω
其中，x和y为像点坐标，X、Y和Z为相应地面点坐标，Xs、Ys和Zs为投影中心在所取物方空间坐标系中的坐标，f为激光扫描仪的主距，Ψ、ω和κ为摄影测量学中外方位元素对应的三个姿态定位角。通过以上处理，即可实现三维空间点云经过数据过滤、融合、拼接等一系列数据处理后即可得到水工建筑物及附属设备的空间三维表面显示图像。
S4、将所述数字高程显示图像同整个库区的高清影像数据相融合建立水库3D地景显示图像，并将所述水工建筑物及附属设备表面3D显示图像倒入3Dmax精细显示。
具体地，本申请将所述数字高程显示图像同整个库区的高清影像数据相融合建立水库3D地景显示图像。
基于开放源码VirtualPlanetBuilder(VPB)开发三维地景生成工具，使用地景生成工具把已经处理好的高质量数字高程显示图像、航拍(卫星)影像进行融合处理，配准切片，生成三维地景瓦片，显示图像文件的生成、存储、加载采用金字塔索引的算法，根据视觉范围和视觉高度动态加载瓦片，并且生成缓存，从而支持少量数据，以及减少网络中的数据通讯量，加快浏览速度。
具体地，本申请将所述水工建筑物及附属设备表面3D显示图像倒入3Dmax精细显示。
依据水工建筑物及附属设备表面3D显示图像、车载激光扫描系统采集的高精度影像以及施工和设计图纸等，把水工建筑物及附属设备表面3D显示图像导入3ds MAX作为参照,参照水工建筑物及附属设备点云数据的属性建立显示图像，进行照片贴图等操作，最后得到水工建筑物及附属设备的精细显示图像。
S5、将所述水库3D地景显示图像和3Dmax精细显示图像合并成为水库3D粗细搭配显示图像。
水库3D地景显示图像基于开放源码VirtualPlanetBuilder(VPB)开发三维地景生成工具，要产生一个可视化场景，需要一个基于OSG的应用程序，并且OSG支持各种流行的动画，它可以把3ds MAX建立的动画显示图像转化成OSG格式导入到项目中进行控制。这样就为三维地景显示图像与水工建筑及附属设备的精细显示图像合并展示提供了一个方法。并且三维地景显示图像的格式为OSG通用格式ive,这样就使得任何基于OSG开发的平台都可以进行水库3D粗细搭配显示图像的展示与应用。
本申请克服传统测绘手段在严峻条件下的水库数据采集难、工作量大、精度难以保证等问题，实现高精度、高效率的水库3D粗细搭配显示技术。
在本申请另一具体实现中，所述方法包括上述步骤S1——S5，参看图6，在步骤S1之前还包括：
S0、根据存储的水库3D显示图像进行需求分析，获得水库3D显示的需求。
由于水库3D粗细搭配显示图像是指对整个库区高质量的数字高程显示图像、航拍(卫星)影像融合进行粗显示即三维地景显示，对水库的水工建筑物及附属设备进行精细显示，最后可以将其搭配一起形成水库粗细搭配显示图像。
要实现上述需求，需要考虑建立水库3D显示图像需要的数据。
水库显示的基础是数据，数据的来源一般有两种：已有数据和根据需要即时采集数据。要进行水库三维地景显示，需要整个库区的高程点、等高线数据生成数字高程显示图像和航拍(卫星)影像。由于数据本身的特殊原因，一般很难获取高精度的数字高程显示图像(DEM)，可以通过水库现有的数字线划图提取高程点、等高线，对于局部区域无法获取高精度数据的，可使用激光扫描仪到现场实测相关的区域的三维点云数据。航拍(卫星)影像可通过水经注软件进行下载。水工建筑物及附属设备这些需要精细显示的数据可通过激光扫描仪进行高精度、高速度的采集获取。
本申请根据存储的水库3D显示图像进行需求分析，从而获得水库3D显示的需求。进而根据所述水库3D显示的需求，利用激光扫描仪采集水库地形数据。本申请利用3D显示图像建立方法，对三维地景粗显示和水工建筑物及附属设备精细显示合并显示，更加准确地实现高精度、高效率的水库3D粗细搭配显示技术。
对应上述方法，参看图7，本申请还一种用于显示水库地形的装置，所述装置包括：
数据采集模块71，用于根据水库3D显示需求，利用激光扫描仪采集水库地形数据。
数据处理模块72，用于分别将激光扫描仪采集的水库地形数据和水库数字线划数据进行处理，并将处理后的数据进行结合。
显示图像建立模块73，用于在结合后的数据中分别提取可用数据制作数字高程显示图像，以及建立水工建筑物及附属设备表面3D显示图像。
显示图像导入模块74，用于将所述数字高程显示图像同整个库区的高清影像数据相融合建立水库3D地景显示图像，并将所述水工建筑物及附属设备表面3D显示图像倒入3Dmax精细显示。
显示图像合并模块75，用于将所述水库3D地景显示图像和3Dmax精细显示图像合并成为水库3D粗细搭配显示图像。
在本申请一具体实现中，参看图8，所述数据采集模块71包括：
路径规划单元711，用于规划数据采集路径，获取水库地形数据的采集路径的交通状况。
扫描仪选取单元712，用于根据所述采集路径的交通状况，选取进行水库地形数据采集的车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪。
参数设置单元712，用于根据水库3D显示需求以及所述车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪的精度，布设扫描站点，确定并设置所述车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪的扫描参数，完成水库地形数据的采集。
具体地，本申请在进行水库地形数据采集前，应当进行准备工作，即进行实地踏勘，根据水库的地貌特点，规划合理的采集路径。从而，根据采集路径，获取水库地形数据的采集路径的交通状况。
比如，对于水库周围交通情况良好的，可以利用车载激光扫描仪采集库区道路、护栏和边坡防护部分；交通不便的区域或者车载激光扫描仪难以采集有效数据的地方可以采用地面激光扫描仪进行采集，例如大坝、溢洪道等水工建筑物以及附属设备等用地面激光扫描仪进行采集数据。
此外，还可以利用水经注软件下载航拍(卫星)影像。
无论是车载激光扫描仪还是地面激光扫描仪采集的点云数据都或多或少的受仪器自身、被测物体的特征和周围环境等影响存在一定的噪声和误差，必须对其采集的点云数据进行过滤，去除堆无用数据，提取目标物表面的点云数据。
具体地，可以用激光扫描仪配套软件进行点云数据的去噪、特征点提取，接着对不同站点的点云数据进行拼接融合并转换为与获取航拍(卫星)影像相同的坐标系，这样有利于后面水库显示工作。
所述将水库数字线划数据进行处理包括：：
利用激光点云数据处理生成等高线和高程点；或者，
利用已有电子版数字线划图数据在AutoCAD中提取出高程点和等高线。
但是前者较为麻烦，目前多采用后者提取高程点和等高线。
所述利用已有电子版数字线划图数据在AutoCAD中提取出高程点和等高线包括：对于局部区域无法获取高精度的等高线或高程点数据，利用激光扫描仪采集的对应点云数据作为高程点的软件示意界面如图4所示。
参见图3，其操作步骤包括：
P1、制作道路缓冲区数据。
本申请可以在ARCGIS中利用获取的航拍(卫星)影像上矢量化——画道路中心线，再对道路中心线做缓冲区，即为图4中所示的buffer数据。ArcGIS是Esri公司集40余年地理信息系统(GIS)咨询和研发经验，奉献给用户的一套完整的GIS平台产品，具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享的能力。
P2、从激光扫描仪获取的点云数据中提取出水库周围道路点云数据(LAS)并加载到FME中，利用点云抽稀函数(PointCloudThinner)对点所述云数据进行抽稀。
P3、用裁剪函数(Clipper)，以道路缓冲区为裁剪要素、水库周围道路点云数据为被裁剪要素，提取出缓冲区范围内的道路点云数据作为高程点。
具体地，本申请基于FME制作DEM，具体如图5所示。其中，FME(FeatureManipulate Engineering,简称FME)是加拿大Safe Software公司开发的空间数据转换处理系统,它是完整的空间ETL解决方案。该方案基于OpenGIS组织提出的新的数据转换理念“语义转换”,通过提供在转换过程中重构数据的功能,实现了超过250种不同空间数据格式(显示图像)之间的转换,为进行快速、高质量、多需求的数据转换应用提供了高效、可靠的手段。
本申请可用数据(读取要素类型)包括提取的道路点云数据CloudHeight1，从数字线划图提取等高线数据contour、road_polygon，从数字线划图提取的高程点数据T801_height。先用二维数据转换三维数据的3DForcer转换函数进行转换，这是因为FME默认打开的数据都是二维数据，其中点云数据与从数字线划图提取的数据不用同一个3DForcer转换工具是因为其高程字段不一样。把输入的数据都转换为三维数据之后，用FME工具箱中的RasterDEMGenerator函数制作数字高程显示图像，写入想要的目标数据格式。
具体地，本申请提取可用数据建立水工建筑物及附属设备表面3D显示图像。由于三维激光点云数据的一个显著特点就是采集大量的点云数据来展示物体的表面显示图像，本申请由三维激光扫描技术获取的水工建筑物及附属设备的点云数据(可用数据)是由不规则的离散点构成的，这些三维空间点云经过数据过滤、融合、拼接等一系列数据处理后即可得到水工建筑物及附属设备的空间三维表面显示图像。
具体地，本申请将所述数字高程显示图像同整个库区的高清影像数据相融合建立水库3D地景显示图像。
基于开放源码VirtualPlanetBuilder(VPB)开发三维地景生成工具，使用地景生成工具把已经处理好的高质量数字高程显示图像、航拍(卫星)影像进行融合处理，配准切片，生成三维地景瓦片，显示图像文件的生成、存储、加载采用金字塔索引的算法，根据视觉范围和视觉高度动态加载瓦片，并且生成缓存，从而支持少量数据，以及减少网络中的数据通讯量，加快浏览速度。
具体地，本申请将所述水工建筑物及附属设备表面3D显示图像倒入3Dmax精细显示。
依据水工建筑物及附属设备表面3D显示图像、车载激光扫描系统采集的高精度影像以及施工和设计图纸等，把水工建筑物及附属设备表面3D显示图像导入3ds MAX作为参照,参照水工建筑物及附属设备点云数据的属性建立显示图像，进行照片贴图等操作，最后得到水工建筑物及附属设备的精细显示图像。
水库3D地景显示图像基于开放源码VirtualPlanetBuilder(VPB)开发三维地景生成工具，要产生一个可视化场景，需要一个基于OSG的应用程序，并且OSG支持各种流行的动画，它可以把3ds MAX建立的动画显示图像转化成OSG格式导入到项目中进行控制。这样就为三维地景显示图像与水工建筑及附属设备的精细显示图像合并展示提供了一个方法。并且三维地景显示图像的格式为OSG通用格式ive,这样就使得任何基于OSG开发的平台都可以进行水库3D粗细搭配显示图像的展示与应用。
本申请克服传统测绘手段在严峻条件下的水库数据采集难、工作量大、精度难以保证等问题，实现高精度、高效率的水库3D粗细搭配显示技术。
在本申请另一具体实现中，所述装置包括上述数据采集模块71、数据处理模块72、显示图像建立模块73、显示图像导入模块74、显示图像合并模块75，参看图9，所述装置还包括：
需求获得模块70，用于根据存储的水库3D显示图像进行需求分析，获得水库3D显示的需求。
由于水库3D粗细搭配显示图像是指对整个库区高质量的数字高程显示图像、航拍(卫星)影像融合进行粗显示即三维地景显示，对水库的水工建筑物及附属设备进行精细显示，最后可以将其搭配一起形成水库粗细搭配显示图像。
要实现上述需求，需要考虑建立水库3D显示图像需要的数据。
水库显示的基础是数据，数据的来源一般有两种：已有数据和根据需要即时采集数据。要进行水库三维地景显示，需要整个库区的高程点、等高线数据生成数字高程显示图像和航拍(卫星)影像。由于数据本身的特殊原因，一般很难获取高精度的数字高程显示图像(DEM)，可以通过水库现有的数字线划图提取高程点、等高线，对于局部区域无法获取高精度数据的，可使用激光扫描仪到现场实测相关的区域的三维点云数据。航拍(卫星)影像可通过水经注软件进行下载。水工建筑物及附属设备这些需要精细显示的数据可通过激光扫描仪进行高精度、高速度的采集获取。
本申请根据存储的水库3D显示图像进行需求分析，从而获得水库3D显示的需求。进而根据所述水库3D显示的需求，利用激光扫描仪采集水库地形数据。本申请利用3D显示图像建立方法，对三维地景粗显示和水工建筑物及附属设备精细显示合并显示，更加准确地实现高精度、高效率的水库3D粗细搭配显示技术。
本申请的实施例提供的装置可通过计算机程序实现。本领域技术人员应该能够理解，上述的单元以及模块划分方式仅是众多划分方式中的一种，如果划分为其他单元或模块或不划分块，只要信息对象的具有上述功能，都应该在本申请的保护范围之内。
本领域的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于显示水库地形的方法，其特征在于，包括：
根据水库3D显示需求，利用激光扫描仪采集水库地形数据；
分别将激光扫描仪采集的水库地形数据和水库数字线划数据进行处理，并将处理后的数据进行结合；
在结合后的数据中分别提取可用数据制作数字高程显示图像，以及建立水工建筑物及附属设备表面3D显示图像；
将所述数字高程显示图像同整个库区的高清影像数据相融合建立水库3D地景显示图像，并将所述水工建筑物及附属设备表面3D显示图像倒入3Dmax精细显示；
将所述水库3D地景显示图像和3Dmax精细显示图像合并成为水库3D粗细搭配显示图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据存储的水库3D显示图像进行需求分析，获得水库3D显示的需求。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据水库3D显示需求，利用激光扫描仪采集水库地形数据包括：
根据规划的数据采集路径，获取水库地形数据的采集路径的交通状况；
根据所述采集路径的交通状况，选取进行水库地形数据采集的车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪；
根据水库3D显示需求以及所述车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪的精度，布设扫描站点，确定并设置所述车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪的扫描参数，完成水库地形数据的采集。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将激光扫描仪采集的水库地形数据进行处理包括：
将激光扫描仪采集的水库地形数据进行激光点云数据处理，滤除无用数据，提取目标物表面的点云数据；
所述将水库数字线划数据进行处理包括：：
利用激光点云数据处理生成等高线和高程点；或者，
利用已有电子版数字线划图数据在AutoCAD中提取出高程点和等高线。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用已有电子版数字线划图数据在AutoCAD中提取出高程点和等高线包括：对于局部区域无法获取高精度的等高线或高程点数据，利用激光扫描仪采集的对应点云数据作为高程点：
制作道路缓冲区数据；
从激光扫描仪获取的点云数据中提取出水库周围道路点云数据，利用点云抽稀函数对点所述云数据进行抽稀
用裁剪函数，以道路缓冲区为裁剪要素、水库周围道路点云数据为被裁剪要素，提取出缓冲区范围内的道路点云数据作为高程点。
6.一种用于显示水库地形的装置，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于根据水库3D显示需求，利用激光扫描仪采集水库地形数据；
数据处理模块，用于分别将激光扫描仪采集的水库地形数据和水库数字线划数据进行处理，并将处理后的数据进行结合；
显示图像建立模块，用于在结合后的数据中分别提取可用数据制作数字高程显示图像，以及建立水工建筑物及附属设备表面3D显示图像；
显示图像导入模块，用于将所述数字高程显示图像同整个库区的高清影像数据相融合建立水库3D地景显示图像，并将所述水工建筑物及附属设备表面3D显示图像倒入3Dmax精细显示；
显示图像合并模块，用于将所述水库3D地景显示图像和3Dmax精细显示图像合并成为水库3D粗细搭配显示图像。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
需求获得模块，用于根据存储的水库3D显示图像进行需求分析，获得水库3D显示的需求。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述数据采集模块包括：
路径规划单元，用于规划数据采集路径，获取水库地形数据的采集路径的交通状况；
扫描仪选取单元，用于根据所述采集路径的交通状况，选取进行水库地形数据采集的车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪；
参数设置单元，用于根据水库3D显示需求以及所述车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪的精度，布设扫描站点，确定并设置所述车载激光扫描仪和/或地面激光扫描仪的扫描参数，完成水库地形数据的采集。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块中将激光扫描仪采集的水库地形数据进行处理包括：
将激光扫描仪采集的水库地形数据进行激光点云数据处理，滤除无用数据，提取目标物表面的点云数据；
所述数据处理模块中将水库数字线划数据进行处理包括：：
利用激光点云数据处理生成等高线和高程点；或者，
利用已有电子版数字线划图数据在AutoCAD中提取出高程点和等高线。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述利用已有电子版数字线划图数据在AutoCAD中提取出高程点和等高线包括：对于局部区域无法获取高精度的等高线或高程点数据，利用激光扫描仪采集的对应点云数据作为高程点：
制作道路缓冲区数据；
从激光扫描仪获取的点云数据中提取出水库周围道路点云数据，利用点云抽稀函数对点所述云数据进行抽稀
用裁剪函数，以道路缓冲区为裁剪要素、水库周围道路点云数据为被裁剪要素，提取出缓冲区范围内的道路点云数据作为高程点。
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