CN108665528A - 航空摄影数字建模分区提取及转换算法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种航空摄影数字建模分区提取及转换算法，以GPS全球定位系统的WGS84地心坐标系为基础，使用数字地球GoogleEarth里创建的KML文件进行测区分块的范围划分，通过制定的技术流程方案和自主开发的辅助软件完成所有分块和不同坐标系的数据转换。本发明通过使用自主开发的测区分块、数据提取软件自动完成各分块的POS数据和航片数据的提取分类工作，然后在人工完成各区块控制点刺控的工作以后，通过软件自动将刺控好的XML分块数据转换为所需的各类坐标系分块数据，最后导入Context Capture建模软件进行空三运算，实现数据一次处理，不同坐标系数据自由转换运算的目的。
Description
技术领域
本发明涉及航空影像测量领域，特别是指一种航空摄影数字建模分区提取及转换算法。
背景技术
为了满足不同行业的实际工作需要，实景三维模型要求采用对应的坐标系或地方坐标系，如：国家大地2000，西安80，北京54等。
现有技术方案是根据需要计算的坐标系类型，将原始航飞的数据和控制点数据转为相应坐标系值，然后再逐一进行测区分块，数据提取，航片刺控和模型计算。
现有技术方案主要存在的缺陷是：由于不同单位的坐标系使用要求不一样，可能会存在同一套航飞影像数据需要计算不同坐标系的实景模型；
根据倾斜摄影的技术特点，若需要生产大比例尺高精度的实景模型，整个航测工程会获取大数据量的原始航片影像，若按现有方案处理，则不同坐标系的计算均需要完成同样准备工作，包括：依据测区航飞数据量进行区域分块、各分块航片原始数据人工抽取、各分块控制点刺控等工作，导致前期工作量大，重复工作多，生产效率低下，无法充分利用计算平台，计算的产品成果精度不一致等问题。
发明内容
本发明提出一种航空摄影数字建模分区提取及转换算法，能够实现一次数据处理，不同坐标系数据自由转换。
本发明的技术方案是这样实现的：一种航空摄影数字建模分区提取及转换算法，以GPS全球定位系统的WGS84地心坐标系为基础，使用数字地球GoogleEarth里创建的KML文件进行测区分块的范围划分，通过制定的技术流程方案和自主开发的辅助软件完成所有分块和不同坐标系的数据转换，具体方案流程如下：
步骤a.获取所有航片的POS外方位元素数据，并通过Context Capture导出生成完整的xml文件；
步骤b.使用GoogleEarth完成测区的分块划分，并将每一分块存储为kml文件；
步骤c.打开分区数据提取转换工具，导入带POS数据的xml文件和各kml分块文件，软件将自动对每一张航片的GPS坐标点进行判断识别是否在KML所划定的范围内，完成航片的区块分类准备工作；
步骤d.将生成的区块xml文件导入Context Capture软件，在WGS84坐标系下完成控制点刺控工作后导出区块的xml文件；
步骤e.再次打开分区数据提取转换工具，导入带刺控的xml文件，选择所需转换的指定坐标系，再选择已转换好的指定坐标系的POS数据文件，软件将自动将每张航片的坐标数据对应转换为指定的坐标系数据，这样就实现了一次控制点刺控，不同坐标系数据的自由转换；
步骤f.将转换好坐标系数据后的xml文件导入Context Capture软件，就可马上进行相应坐标系的空三加密计算和建模工作。
作为优选，所述步骤c的具体内容为打开自主开发的分区数据提取转换工具，导入带POS数据的xml文件和各kml分块文件，软件将自动对每一张航片的GPS坐标点进行判断识别是否在KML所划定的范围内，若是则提取相关航片的照片数据和对应的POS外方位元素，航片存入指定的分类文件夹，POS数据自动导出为Excel文件，并生成仅包含所分区块航片数据的xml文件，通过此步骤操作，完成航片的区块分类准备工作。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过以上技术解决方案，就实现了一次分区，一次刺控，不同坐标系数据多次自由转换的目的，极大的提高了建立不同坐标系实景三维模型的灵活性和工作效率。
通过使用自主开发的测区分块、数据提取软件自动完成各分块的POS数据和航片数据的提取分类工作，然后在人工完成各区块控制点刺控的工作以后，通过软件自动将刺控好的XML分块数据转换为所需的各类坐标系分块数据，最后导入Context Capture建模软件进行空三运算，实现数据一次处理，不同坐标系数据自由转换运算的目的。
主要创新点在于使用航飞过程中存储的全球通用的WGS84地心坐标系GPS数据，使用直观的方式在GoogleEarth上划定分区区块，通过软件算法的处理即可实现大数据量的区块划分和归类数据整理工作，极大降低了作业人员的工作强度，提高了工作的准确性。为了保证实景三维模型的高精度，需要对测区内的控制点进行刺控，由于倾斜摄影的特点，同一曝光点会同时产生5张不同角度的航空影像，因此存在数据量大重叠度高的特点，因此控制点刺控的工作较传统方法更为复杂，在保证统一的刺控标准下，实现了一次控制点刺控，多种不同坐标系数据自动转换，避免了大强度的重复劳动。通过开发的软件自动化处理，对以上两点工作的快速准确的完成有了质的提高，尤其是大范围的倾斜摄影测量工作具有重要的实际意义。
具体实施方式
下面将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作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。
在航空影像测量工程中，航片的曝光瞬间会存储当前飞机位置的GPS坐标数据，因此本技术方案是以GPS全球定位系统的WGS84地心坐标系为基础，使用数字地球GoogleEarth里创建的KML文件进行测区分块的范围划分，通过制定的技术流程方案和自主开发的辅助软件完成所有分块和不同坐标系的数据转换，具体方案流程如下：
1、获取所有航片的POS外方位元素数据，并通过Context Capture导出生成完整的xml文件。
2、使用GoogleEarth完成测区的分块划分，并将每一分块存储为kml文件。
3、打开自主开发的分区数据提取转换工具，导入带POS数据的xml文件和各kml分块文件，软件将自动对每一张航片的GPS坐标点进行判断识别是否在KML所划定的范围内，若是则提取相关航片的照片数据和对应的POS外方位元素，航片存入指定的分类文件夹，POS数据自动导出为Excel文件，并生成仅包含所分区块航片数据的xml文件，通过此步骤操作，就可以很快完成航片的区块分类准备工作。
4、因为倾斜摄影的航片数据量大，所以控制点刺控工作量较大；将生成的区块xml文件导入Context Capture软件，在WGS84坐标系下完成控制点刺控工作后导出区块的xml文件。
5、再次打开分区数据提取转换工具，导入带刺控的xml文件，选择所需转换的指定坐标系，再选择已转换好的指定坐标系的POS数据文件，软件将自动将每张航片的坐标数据对应转换为指定的坐标系数据，这样就实现了一次控制点刺控，不同坐标系数据的自由转换。
6、将转换好坐标系数据后的xml文件导入Context Capture软件，就可马上进行相应坐标系的空三加密计算和建模工作。
通过以上技术解决方案，就实现了一次分区，一次刺控，不同坐标系数据多次自由转换的目的，极大的提高了建立不同坐标系实景三维模型的灵活性和工作效率。
依据xml文件格式、kml空间数据分析算法，基于C#开发了“普瑞实景建模分区数据提取转换助手”，工具主要功能包括：测区分块；分块航片和POS外方位元素数据提取；XML文件坐标系转换。
该技术在公司的多项实景建模工作中得到了实践应用，验证了技术方案和软件算法的正确性，并通过不断完善进一步提高了软件运行的稳定性，提高了建模工作的效率，达到了预期的开发目的。
实施例一：成都国际空港产业新城三维实景建模
1、项目简介
本测区位于四川成都简阳市，是属成都市代管的县级市，位于四川盆地西部、龙泉山东麓、沱江中游，北倚成都市龙泉驿区、双流区、金堂县，西连眉山市仁寿县，东南邻资阳市雁江区、乐至县，实景三维建模面积200km2，测区地形以浅丘为主，海拔高度在450米-600米之间。
2、建模要求
本项目约200km2倾斜摄影区域，共106条航线，获取约7万张16T原始航飞影像，实际采集87个像控点，根据国土工作的实际需要，要求将实景三维模型依据西安80坐标系和国家大地2000坐标系和WGS84经纬度坐标系分别建立，为保证同等质量高精度高效率的完成三维建模工作，采用了本专利中的分区提取和转换算法。
3、工作流程
第一步，根据106条航线图的空间分布(获取所有航片的POS外方位元素数据，并通过Context Capture导出生成完整的xml文件)，按各区相应数据量大小进行基于WGS84经纬度坐标系的kml文件绘制(使用GoogleEarth完成测区的分块划分，并将每一分块存储为kml文件)，使用分区提取方法自动将各分区的原始影像数据和POS数据分类提取，7万余张航片在十余分钟内实现5个子分区分类工作，完成运算前的数据准备(打开自主开发的分区数据提取转换工具，导入带POS数据的xml文件和各kml分块文件，软件将自动对每一张航片的GPS坐标点进行判断识别是否在KML所划定的范围内，若是则提取相关航片的照片数据和对应的POS外方位元素，航片存入指定的分类文件夹，POS数据自动导出为Excel文件，并生成仅包含所分区块航片数据的xml文件，通过此步骤操作，就可以很快完成航片的区块分类准备工作)。
第二步，(因为倾斜摄影的航片数据量大，所以控制点刺控工作量较大；将生成的区块xml文件导入Context Capture软件，在WGS84坐标系下完成控制点刺控工作后导出区块的xml文件。)根据实景三维建模流程完成87个像控点的刺控工作，为确保最终成果的高精度要求，每个控制点对应完成40余个点位刺控，共计3480余次点位刺控；采用坐标系转换算法(再次打开分区数据提取转换工具，导入带刺控的xml文件，选择所需转换的指定坐标系，再选择已转换好的指定坐标系的POS数据文件，软件将自动将每张航片的坐标数据对应转换为指定的坐标系数据，这样就实现了一次控制点刺控，不同坐标系数据的自由转换)，将完成刺控后的成果自动转换为对应的西安80坐标系和国家大地2000坐标系成果(将转换好坐标系数据后的xml文件导入Context Capture软件，就可马上进行相应坐标系的空三加密计算和建模工作)，实现一次刺控后满足不坐标系建模的要求，节约了大量的人力、物力，提高了建模的工作效率和质量。
实施例二：新龙县主城区实景三维建模
1、新龙县测区简介
新龙县隶属四川省甘孜藏族自治州，位于四川甘孜州中部，青藏高原
东南边缘，属川西山原和横断山脉地接触带，地势北高南低，与炉霍县、道孚县相连，南与雅江县、理塘县接壤，西与白玉县毗邻，北与甘孜县分
界，西北与德格县相接。此次实景建模区域为新龙县核心城区约12km2，最
高海拨5992米，最低点海拨2760米。
2、建模要求
本项目根据应用要求需达到厘米级建模精度，核心城区约12km2倾斜摄影区域，共飞行9个架次，获取约4万余张原始航飞影像，实际采集22个像控点，要求将实景三维模型依据WGS84经纬度坐标系和国家大地2000坐标系分别建立，为保证同等质量高精度高效率的完成三维建模工作，采用了本专利中的分区提取和转换算法。
3、工作流程
第一步，根据9个架次航线图的空间分布，按各区相应数据量大小进行基于WGS84经纬度坐标系的kml文件绘制，使用分区提取方法自动将各分区的原始影像数据和POS数据分类提取，4万余张航片在数分钟内实现4个子分区分类工作，完成运算前的数据准备。
第二步，根据实景三维建模流程完成22个像控点的刺控工作，为确保最终成果的高精度要求，每个控制点对应完成30余个点位刺控，共计660余次点位刺控；采用坐标系转换算法，将完成刺控后的成果自动转换为对应的国家大地2000坐标系成果，实现一次刺控后满足不坐标系建模的要求，节约了大量的人力、物力，提高了建模的工作效率和质量。
通过使用自主开发的测区分块、数据提取软件自动完成各分块的POS数据和航片数据的提取分类工作，然后在人工完成各区块控制点刺控的工作以后，通过软件自动将刺控好的XML分块数据转换为所需的各类坐标系分块数据，最后导入Context Capture建模软件进行空三运算，实现数据一次处理，不同坐标系数据自由转换运算的目的。
主要创新点在于使用航飞过程中存储的全球通用的WGS84地心坐标系GPS数据，使用直观的方式在GoogleEarth上划定分区区块，通过软件算法的处理即可实现大数据量的区块划分和归类数据整理工作，极大降低了作业人员的工作强度，提高了工作的准确性。为了保证实景三维模型的高精度，需要对测区内的控制点进行刺控，由于倾斜摄影的特点，同一曝光点会同时产生5张不同角度的航空影像，因此存在数据量大重叠度高的特点，因此控制点刺控的工作较传统方法更为复杂，在保证统一的刺控标准下，实现了一次控制点刺控，多种不同坐标系数据自动转换，避免了大强度的重复劳动。通过开发的软件自动化处理，对以上两点工作的快速准确的完成有了质的提高，尤其是大范围的倾斜摄影测量工作具有重要的实际意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种航空摄影数字建模分区提取及转换算法，其特征在于：以GPS全球定位系统的WGS84地心坐标系为基础，使用数字地球GoogleEarth里创建的KML文件进行测区分块的范围划分，通过制定的技术流程方案和自主开发的辅助软件完成所有分块和不同坐标系的数据转换，具体方案流程如下：
步骤a.获取所有航片的POS外方位元素数据，并通过Context Capture导出生成完整的xml文件；
步骤b.使用GoogleEarth完成测区的分块划分，并将每一分块存储为kml文件；
步骤c.打开分区数据提取转换工具，导入带POS数据的xml文件和各kml分块文件，软件将自动对每一张航片的GPS坐标点进行判断识别是否在KML所划定的范围内，完成航片的区块分类准备工作；
步骤d.将生成的区块xml文件导入Context Capture软件，在WGS84坐标系下完成控制点刺控工作后导出区块的xml文件；
步骤e.再次打开分区数据提取转换工具，导入带刺控的xml文件，选择所需转换的指定坐标系，再选择已转换好的指定坐标系的POS数据文件，软件将自动将每张航片的坐标数据对应转换为指定的坐标系数据，这样就实现了一次控制点刺控，不同坐标系数据的自由转换；
步骤f.将转换好坐标系数据后的xml文件导入Context Capture软件，就可马上进行相应坐标系的空三加密计算和建模工作。
2.根据权利要求1所述的航空摄影数字建模分区提取及转换算法，其特征在于：所述步骤c的具体内容为打开自主开发的分区数据提取转换工具，导入带POS数据的xml文件和各kml分块文件，软件将自动对每一张航片的GPS坐标点进行判断识别是否在KML所划定的范围内，若是则提取相关航片的照片数据和对应的POS外方位元素，航片存入指定的分类文件夹，POS数据自动导出为Excel文件，并生成仅包含所分区块航片数据的xml文件，通过此步骤操作，完成航片的区块分类准备工作。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20181016 |