CN108694702A - 一种倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法 - Google Patents

一种倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法，解决的是适应性差的技术问题，通过采用包括：步骤1，倾斜摄影测量获得影像数据，并对影像数据进行预处理；步骤2，安装坐标系统转换装置，安装加密装置；步骤3，坐标系统转换装置加载预处理后的数据，选择目标坐标系统，将预处理后的数据转换为目标坐标系统；步骤4，输出转换后的成果数据的技术方案，较好的解决了该问题，可用于倾斜摄影实景应用中。

Description

一种倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法
技术领域
本发明涉及倾斜摄影技术领域，具体涉及一种倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法。
背景技术
实景三维模型可以高效精确地通过倾斜摄影测量技术生产，被广泛应用于智慧城市建设、城市经济、环境、公共服务、社会管理等领域，在推进我国智慧城市的进程中具有重要意义。但是作为智慧城市的重要基础数据，由于各单位测绘目的不同，采用的坐标系统不同。
现有的倾斜摄影实景三维模型成果存储的数据坐标系统也不尽相同，不同种类的测绘成果由于坐标系统不同而存在整体差异，其空间信息数据与采用其他坐标系统处理的数据不能直接交换使用，基础测绘成果无法融合利用，不利于倾斜摄影实景三维模型数据资源的应用开发，不利于我国数字城市和智慧城市的建设。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的适应性差的技术问题。提供一种新的倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法，该倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法具有能够转换坐标系统、适应性强、保密性高的特点。
为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：
一种倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法，所述方法包括：
步骤1，倾斜摄影测量获得影像数据，并对影像数据进行预处理；
步骤2，安装坐标系统转换装置，安装加密装置；
步骤3，坐标系统转换装置加载预处理后的数据，选择目标坐标系统，将预处理后的数据转换为目标坐标系统；
步骤4，输出转换后的成果数据。
上述方案中，为优化，进一步地，预处理包括
步骤1A，根据影像数据，计算获得倾斜摄影实景三维模型数据文件；
步骤1B，对倾斜摄影实景三维模型数据文件解析，解析得到倾斜摄影实景三维模型三角网格成果数据；
步骤1C，对三角网格成果数据中的各三角网格进行顶点解析，根据解析顺序对三角网格顶点进行顺序编号，放入处理队列。
进一步地，步骤3包括：
步骤2A，定义原始数据坐标系统与目标坐标系统，建立原始数据坐标系统与目标数据坐标系统的数学转换模型；
步骤2B，对处理队列中的点集合按照数学转换模型进行坐标变换；
步骤2C，按照编号将对应的点集合后，重新组合成新的三角网格成果数据。
进一步地，安装加密装置包括
步骤a，设置加密算法，并将算法载入加密装置；
步骤b，将数学转换模型的参数和公式进行加密；
步骤c，关联加密装置与用户数据，设置使用权限，对用户资料进行加密；
步骤d，通过加密装置，进行数据转换操作。
进一步地，所述加密算法包括：
(1)开始聚类分析，客户端接收待聚类向量组(x1，x2，…xn)，待聚类向量组(x1，x2，…xn)由n个待聚类的样本组成；
(2)使用向量同态加密方法对待聚类向量组(x1，x2，…xn)进行加密，在加密过程中保留密钥交换矩阵N、比特扩展矩阵W，得到密文向量组(c1,c2,…,cn)；
(3)根据密钥交换矩阵N与比特扩展矩阵W，计算求得矩阵A，使得AN＝W，定义中间矩阵H＝ATA；
(4)将中间矩阵H与密文向量组(c1,c2,…,cn)传送至聚类服务器进行聚类分析，为密文向量组(c1,c2,…,cn)中的每一个向量附上聚类标签；
(5)聚类服务器将聚类分析完成的密文向量组(c1,c2,…,cn)发送回客户端，由客户端使用密钥矩阵S进行解密，根据各个向量的标签组合得到聚类结果；
其中，n为正整数，T为随机矩阵。
进一步地，所述向量同态加密的方法包括：
(A)生成随机矩阵T，同时生成大整数w及整数l，大整数w＞＞随机矩阵T中的任一元素，并且2l大于待聚类向量组(x1，x2，…xn)中的任一元素；
(B)设置密钥S1，通过得到对应的密钥转换矩阵N，记录密钥交换矩阵N和密钥矩阵S；
(C)根据密钥交换矩阵N及c＝Μx*，得到密文向量组(c1，c2，…cn)；
其中，T∈Zm×m，S1＝[I,T]，I为单位矩阵，m×m为T的维度，Y为随机矩阵，E为随机噪声矩阵，m为正整数。
进一步地，步骤(4)中聚类分析包括：
(a)根据待聚类向量的密文向量组(c1,c2,…,cn)及中间矩阵H，给密文向量组(c1,c2,…,cn)中每个待聚类向量附上各不相同的标签，记录现有类的数目n；
(b)计算两个向量ci,cj之间的相似度，将计算结果保存在邻接矩阵D；
(c)查找步骤(b)中邻接矩阵D，查找出，将相似度最高的两个类的向量的类合为一个类，更新密文向量组(c1,c2,…,cn)中所有类的标签，定义n＝n-1；
(d)检查类的数量达到预设值，是则返回结果，否则返回步骤(b)进行新一轮迭代；
其中，i为小于n的正整数，j为小于n的正整数。
本发明的有益效果：
效果一，本发明方法简单，具有通用性，可以对样本数据中所有顶点坐标进行参数设置与计算，并利用相应的转换模型，对目标区域可以实现北京54、西安80、2000国家大地坐标系等常用坐标系统和地方坐标系统之间的相互转换；
效果二，本发明通过批量自动化转换，避免人工操作的失误，提高数据转换效率，使转换结果精确直观，存储读取更加方便；
效果三，高效精确地进行数据坐标系统转换，节约采集使用信息数据成本，提高生产规划效率；
效果四，通过使用坐标转换装置的加密模块，为用户提供安全保障；
效果五，保证数据隐私可靠性；
效果六，提高数据安全性；
效果七，提高了对向量类型判断的效率，扩大了向量类型判断的应用范围。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1，倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法流程示意图。
图2，倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法的装置示意图。
图3，坐标系统示意图。
图4，加密算法示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法，如图1，所述方法包括：
步骤一：加载倾斜摄影三维模型成果文件，本实施例以OSGB格式为例；
步骤二：安装加密装置，运用SM4加密算法设置加密参数，设置使用权限，将用户数据资料与加密装置相关联，对用户数据及空间元数据信息等进行保护；
步骤三：选择输入数据路径，加载坐标转换前原始数据文件；在窗口选择原始坐标系统和需要转换的坐标系统，利用相应的计算模型对样本中所有顶点坐标进行解算与参数修正，实现对坐标系统的转换；设置存储路径，对已转换的坐标数据进行保存。
如图2，方法的系统包括了调度模块，处理模块，转换模块，存储模块。本实施例中的坐标系统如图3，包括了北京54坐标系统、西安80坐标系统、2000国家大地坐标系统。
具体地，预处理包括：步骤1A，根据影像数据，计算获得倾斜摄影实景三维模型数据文件；
步骤1B，对倾斜摄影实景三维模型数据文件解析，解析得到倾斜摄影实景三维模型三角网格成果数据；
步骤1C，对三角网格成果数据中的各三角网格进行顶点解析，根据解析顺序对三角网格顶点进行顺序编号，放入处理队列。
具体地，步骤3包括：
步骤2A，定义原始数据坐标系统与目标坐标系统，建立原始数据坐标系统与目标数据坐标系统的数学转换模型；
步骤2B，对处理队列中的点集合按照数学转换模型进行坐标变换；
步骤2C，按照编号将对应的点集合后，重新组合成新的三角网格成果数据。
具体地，安装加密装置包括
步骤a，设置加密算法，并将算法载入加密装置；
步骤b，将数学转换模型的参数和公式进行加密；
步骤c，关联加密装置与用户数据，设置使用权限，对用户资料进行加密；
步骤d，通过加密装置，进行数据转换操作。
调度模块，根据设置的阈值，按照特定的条件索引公式，调度队列中已编号的数据，并将数据从数据库中加载至用户端；
处理模块，分析与选择坐标转换参数；设置参数类型选择装置，用户可以在显示端选择不同坐标系，装置进行快速索引调度处理；转换模块，对数据进行数学分析并自动解算，并用相应的计算模型对样本中所有顶点坐标进行参数修正；由于七参数法可以转换高程且转换后精度较高，在转换模块中采用七参数模型进行计算，其原理为利用转换前后坐标系中3个或3个以上已知公共点的坐标，来求出3个平移参数，1个尺度因子，3个旋转参数，其计算模型为Bursa模型：
其中，[X1,Y1,Z1]T是O1-X1Y1Z1下的坐标；[X2,Y2,Z2]T是O2-X2Y2Z2下的坐标；ΔX0、ΔY0、ΔZ0为平移参数，εx、εY、εZ为旋转参数，m为尺度参数；储存模块，储存已转换的坐标数据。
在实施中，使用如下模块进行处理：
首先，通过调度模块，加载样本原始数据，其次，通过处理模块对转换系统参数进行设置，再次，通过调度模块进行自动解译与分析文件坐标数据，快速索引坐标系统的数据库,并对目标坐标系统数据进行调度和加载，实现频繁与用户端、数据端交互，然后，通过转换模块对数据坐标系统进行转换，最后，通过储存模块对转换后的数据进行编号处理，建立数据库，可以在下次调度时索引使用。
本实施例中，倾斜摄影实景三维模型是通过在同一飞行载体上搭载一台或多台传感器，利用一个垂直、多个倾斜角度来获取地物信息并通过摄影测量技术构建的技术手段；在逆向工程中通过测量仪器得到测物点数据集合也称之为点云；使用三维激光扫描仪或照相式扫描仪得到的点云，点数量比较大并且比较密集，叫密集点云；在处理倾斜摄影数据时，对点云数据进行密集匹配，来计算测区每个物方点三维坐标以重建整个测区地形；数据处理生成的倾斜摄影三维模型的数据格式多样，如OSGB，OBJ，FBX，STL。
倾斜摄影的坐标值可以对空间内任一点进行空间定位与描述，不同的参照系统所得出的坐标值也不同，空间坐标值有曲面坐标值、平面坐标值、垂直坐标值。为了便于不同空间坐标值的变换，需要建立起描述点在空间位置的坐标系统，即空间坐标系统。
本实施例提出了一种倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换装置，可以对文件数据库进行快速索引,并对数据进行调度和加载，实现频繁与用户端、数据端交互，能通过一定的相似变换模型，高效精确转换数据坐标，并对数据进行合理有顺序地在空间储存，保证软件的稳定性和高效性，同时，在下次本装置或其他软件进行调度数据时，能够有效合理运行，加密装置提高了用户数据安全性。
具体地，如图4，所述加密算法还可以采用：
(1)开始聚类分析，客户端接收待聚类向量组(x1，x2，…xn)，待聚类向量组(x1，x2，…xn)由n个待聚类的样本组成；
(2)使用向量同态加密方法对待聚类向量组(x1，x2，…xn)进行加密，在加密过程中保留密钥交换矩阵N、比特扩展矩阵W，得到密文向量组(c1,c2,…,cn)；
(3)根据密钥交换矩阵N与比特扩展矩阵W，计算求得矩阵A，使得AN＝W，定义中间矩阵H＝ATA；
(4)将中间矩阵H与密文向量组(c1,c2,…,cn)传送至聚类服务器进行聚类分析，为密文向量组(c1,c2,…,cn)中的每一个向量附上聚类标签；
(5)聚类服务器将聚类分析完成的密文向量组(c1,c2,…,cn)发送回客户端，由客户端使用密钥矩阵S进行解密，根据各个向量的标签组合得到聚类结果；
其中，n为正整数，T为随机矩阵。
其中，所述向量同态加密的方法包括：
(A)生成随机矩阵T，同时生成大整数w及整数l，大整数w＞＞随机矩阵T中的任一元素，并且2l大于待聚类向量组(x1，x2，…xn)中的任一元素；
(B)设置密钥S1，通过得到对应的密钥转换矩阵N，记录密钥交换矩阵N和密钥矩阵S；
(C)根据密钥交换矩阵N及c＝Μx*，得到密文向量组(c1，c2，…cn)；
其中，T∈Zm×m，S1＝[I,T]，I为单位矩阵，m×m为T的维度，Y为随机矩阵，E为随机噪声矩阵，m为正整数。
详细地，步骤(4)中聚类分析包括：
(a)根据待聚类向量的密文向量组(c1,c2,…,cn)及中间矩阵H，给密文向量组(c1,c2,…,cn)中每个待聚类向量附上各不相同的标签，记录现有类的数目n；
(b)计算两个向量ci,cj之间的相似度，计算ci-cj，邻接矩阵D中的元素Dij＝Dji＝(ci-cj)TH(ci-cj)，将计算结果保存在邻接矩阵D；
(c)查找步骤(b)中邻接矩阵D，查找出，将相似度最高的两个类的向量的类合为一个类，更新密文向量组(c1,c2,…,cn)中所有类的标签，定义n＝n-1；
(d)检查类的数量达到预设值，是则返回结果，否则返回步骤(b)进行新一轮迭代；
其中，i为小于n的正整数，j为小于n的正整数。其中，所述相似度最高的两个类为距离最近的两个类。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (7)

1.一种倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法，其特征在于：所述方法包括：
步骤1，倾斜摄影测量获得影像数据，并对影像数据进行预处理；
步骤2，安装坐标系统转换装置，安装加密装置；
步骤3，坐标系统转换装置加载预处理后的数据，选择目标坐标系统，将预处理后的数据转换为目标坐标系统；
步骤4，输出转换后的成果数据。
2.根据权利要求1所述的倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法，其特征在于：预处理包括
步骤1A，根据影像数据，计算获得倾斜摄影实景三维模型数据文件；
步骤1B，对倾斜摄影实景三维模型数据文件解析，解析得到倾斜摄影实景三维模型三角网格成果数据；
步骤1C，对三角网格成果数据中的各三角网格进行顶点解析，根据解析顺序对三角网格顶点进行顺序编号，放入处理队列。
3.根据权利要求1所述的倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法，其特征在于：步骤3包括：
步骤2A，定义原始数据坐标系统与目标坐标系统，建立原始数据坐标系统与目标数据坐标系统的数学转换模型；
步骤2B，对处理队列中的点集合按照数学转换模型进行坐标变换；
步骤2C，按照编号将对应的点集合后，重新组合成新的三角网格成果数据。
4.根据权利要求1所述的倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法，其特征在于：安装加密装置包括
步骤a，设置加密算法，并将算法载入加密装置；
步骤b，将数学转换模型的参数和公式进行加密；
步骤c，关联加密装置与用户数据，设置使用权限，对用户资料进行加密；
步骤d，通过加密装置，进行数据转换操作。
5.根据权利要求1所述的倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法，其特征在于：所述加密算法包括：
(1)开始聚类分析，客户端接收待聚类向量组(x1，x2，…xn)，待聚类向量组(x1，x2，…xn)由n个待聚类的样本组成；
(2)使用向量同态加密方法对待聚类向量组(x1，x2，…xn)进行加密，在加密过程中保留密钥交换矩阵N、比特扩展矩阵W，得到密文向量组(c1，c2，…，cn)；
(3)根据密钥交换矩阵N与比特扩展矩阵W，计算求得矩阵A，使得AN＝W，定义中间矩阵H＝ATA；
(4)将中间矩阵H与密文向量组(c1，c2，…，cn)传送至聚类服务器进行聚类分析，为密文向量组(c1，c2，…，cn)中的每一个向量附上聚类标签；
(5)聚类服务器将聚类分析完成的密文向量组(c1，c2，…，cn)发送回客户端，由客户端使用密钥矩阵S进行解密，根据各个向量的标签组合得到聚类结果；
其中，n为正整数，T为随机矩阵。
6.根据权利要求1所述的倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法，其特征在于：所述向量同态加密的方法包括：
(A)生成随机矩阵T，同时生成大整数w及整数1，大整数w＞＞随机矩阵T中的任一元素，并且21大于待聚类向量组(x1，x2，…xn)中的任一元素；
(B)设置密钥S1，通过得到对应的密钥转换矩阵N，记录密钥交换矩阵N和密钥矩阵S；
(C)根据密钥交换矩阵N及c＝Mx*，得到密文向量组(c1，c2，…cn)；
其中，T∈Zm×m，S1＝[I，T]，I为单位矩阵，m×m为T的维度，Y为随机矩阵，E为随机噪声矩阵，m为正整数。
7.根据权利要求1所述的倾斜摄影实景三维模型的空间坐标系统转换方法，其特征在于：步骤(4)中聚类分析包括：
(a)根据待聚类向量的密文向量组(c1，c2，…，cn)及中间矩阵H，给密文向量组(c1，c2，…，cn)中每个待聚类向量附上各不相同的标签，记录现有类的数目n；
(b)计算两个向量ci，cj之间的相似度，将计算结果保存在邻接矩阵D；
(c)查找步骤(b)中邻接矩阵D，查找出，将相似度最高的两个类的向量的类合为一个类，更新密文向量组(c1，c2，…，cn)中所有类的标签，定义n＝n-1；
(d)检查类的数量达到预设值，是则返回结果，否则返回步骤(b)进行新一轮迭代；
其中，i为小于n的正整数，j为小于n的正整数。
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