CN110111421A - 一种移动测绘点云的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种移动测绘点云的方法及装置，涉及地理测绘领域，包括：获取定位定姿POS系统对于目标区域测得多个原始POS轨迹，并提取每个原始POS轨迹中的重叠区域；根据每个重叠区域的点云，提取每个重叠区域的几何特征，并在多个点云中的重叠区域中匹配对应的几何特征，获取几何特征对；根据几何特征对以及误差方程，计算获取原始POS轨迹的修正值；根据原始POS轨迹的修正值以及原始POS轨迹，生成新的点云。这种方法通过从POS系统测得的点云中提取重叠区域，然后对重叠区域进行分析，得到原始POS轨迹的修正值完成对点云精度的提高，不需要工作人员前往目标区域实地测绘，因此大大减少了工作人员的工作量，还可以进一步提高得到高精度点云的工作效率。

Description

一种移动测绘点云的方法及装置
技术领域
本发明涉及地理测绘技术领域，具体而言，涉及一种移动测绘点云的方法及装置。
背景技术
移动测绘系统是目前测绘地理信息行业重要的数据采集设备，包括移动平台上集成定位定姿系统(Positioning and Orientation System，POS)和激光扫描仪，可以用于快速采集测绘区域内的地理空间信息，从而得到测绘区域内的高精度和高密度的点云数据。移动测绘系统中POS系统的精度就决定了移动测绘系统的精度，由于测绘区域内的外界因素往往会影响POS系统的精度，进而影响移动测绘系统的精度。
现有技术中，常采用布设控制靶标法和选取特征点法来修正误差，提高移动测绘系统的精度。其中，布设控制靶标法需要通过人工提前在测绘区域内布设已知位置且在点云中容易提取的控制靶标，然后通过测得的点云中的靶标位置和真实的靶标位置作对比，并得出误差函数，从而减小误差；选取特征点法需要在在测绘区域内后选取点云中容易寻找和测绘的点作为控制点，选取后再人工实地对测绘区域内测绘的选取点进行实地测绘，然后将点云中的控制点与实测控制点对比，得出误差函数，从而减小误差。
但是，采用现有技术中，都需要工作人员前往测绘区域，进行实地测绘，才能对点云的精度提高。导致工作人员的工作量增加，并且降低了高精度点云的测绘效率。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种移动测绘点云的方法及装置，以解决工作人员必须要前往实地才能提高测绘精度的问题
为实现上述目的，本发明对实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种移动测绘点云的方法，包括：
获取定位定姿POS系统对于目标区域测得的多个原始POS轨迹的点云，并提取每个所述原始POS轨迹中的重叠区域的点云；
根据每个所述重叠区域的点云，提取每个所述重叠区域的几何特征，并在多个所述原始POS轨迹的点云中的重叠区域中匹配对应的几何特征，获取几何特征对；
根据所述几何特征对以及误差方程，计算获取所述原始POS轨迹的修正值；
根据所述原始POS轨迹的修正值以及所述原始POS轨迹，生成新的点云。
一种实施方式中，所述根据每个所述重叠区域的点云，提取每个所述重叠区域的几何特征，并在多个所述原始POS轨迹的点云中的重叠区域中匹配对应的几何特征，获取几何特征对，包括：
根据每个所述重叠区域的点云，提取每个所述重叠区域的几何特征，所述几何特征包括：面几何特征和/或线几何特征；
根据所述几何特征、所述POS系统预设精度阈值，在多个所述原始POS轨迹的点云中的重叠区域中匹配符合预设条件的几何特征，组成几何特征对。
一种实施方式中，所述根据所述几何特征对以及误差方程，计算获取所述原始POS轨迹的修正值，包括：
根据所述几何特征对中各几何特征的方向信息，计算获取新几何体方向；
根据所述几何特征对中各几何特征的方向、所述新几何体方向、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程；
通过所述误差方程，计算获取所述原始POS轨迹的修正值。
一种实施方式中，所述根据所述几何特征对中各几何特征的方向、所述新几何体方向、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程，包括：
根据所述几何特征对中各几何特征的方向、所述新几何体方向，获取所述几何特征与所述新几何体之间的变换关系，所述变换关系包括多个变量参数；
根据所述变换关系、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程。
一种实施方式中，所述根据所述变换关系、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程，还包括：
将所述变换关系、所述几何特征作为已知量，将修正值作为未知量；
根据所述已知量和所述未知量、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程。
第二方面，本发明实施例还提供了一种移动测绘点云的装置，包括：
第一获取模块，所述获取模块用于获取POS系统对于目标区域测得的多个原始POS轨迹，并提取每个所述原始POS轨迹中的重叠区域；
处理模块，用于根据每个所述重叠区域的点云，提取每个所述重叠区域的几何特征，并在多个所述原始POS轨迹的点云中的重叠区域中匹配对应的几何特征，获取几何特征对；
第一计算模块，用于根据所述几何特征对以及误差方程，计算获取所述原始POS轨迹的修正值；
生成模块，用于根据所述原始POS轨迹的修正值以及所述原始POS轨迹，生成新的点云。
一种实施方式中，所述处理模块包括：
提取模块，用于根据每个所述重叠区域的点云，提取每个所述重叠区域的几何特征，所述几何特征包括下述至少一种：面几何特征和线几何特征；
第二计算模块，用于根据所述几何特征、所述POS系统预设精度阈值，在多个所述原始POS轨迹的点云中的重叠区域中匹配符合预设条件的几何特征，组成几何特征对。
一种实施方式中，所述第二计算模块包括：
第三计算模块，用于根据所述几何特征对中各几何特征的方向信息，计算获取新几何体方向；
第一构建模块，用于根据所述几何特征对中各几何特征的方向、所述新几何体方向、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程；
第四计算模块，用于通过所述误差方程，计算获取所述原始POS轨迹的修正值。
一种实施方式中，所述第一构建模块包括：
第二获取模块，用于根据所述几何特征对中各几何特征的方向、所述新几何体方向，获取所述几何特征与所述新几何体之间的变换关系，所述变换关系包括多个变量参数；
第二构建模块，用于根据所述变换关系、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程。
一种实施方式中，所述第二构建模块还用于将所述变换关系、所述几何特征作为已知量，将修正值作为未知量，根据所述已知量和所述未知量、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程。
本发明的有益效果是：
本发明实施例提供的一种移动测绘点云的方法及装置，通过获取同一目标区域的POS轨迹，再提取POS轨迹对应的重叠点云以及从重叠点云中的几何特征，然后通过对几何特征和误差方程的分析，修正POS系统的轨迹。这种方法仅需要从目标区域中测得多个原始轨迹，并提取每个原始轨迹对应点云中的重叠区域，提取每个重叠区域的几何特征，并在多个点云中的重叠区域中匹配对应的几何特征，获取几何特征对，根据几何特征以及误差方程，得到原始POS轨迹的修正值，就可以完成对点云精度的提高，不需要工作人员前往目标区域实地测绘，因此大大减少了工作人员的工作量，提高工作效率，进一步也提高了点云的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种移动测绘点云的方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种移动测绘点云的方法流程示意图；
图3为本发明实施例提供的又一种移动测绘点云的方法流程示意图；
图4为本发明实施例提供的又一种移动测绘点云的方法流程示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种移动测绘点云的方法流程示意图；
图6本发明实施例提供的一种移动测绘点云的装置结构示意图；
图7本发明实施例提供的另一种移动测绘点云的装置结构示意图；
图8本发明实施例提供的又一种移动测绘点云的装置结构示意图；
图9本发明实施例提供的又一种移动测绘点云的装置结构示意图。
图标：100-第一获取模块；200-处理模块；210-提取模块；220-第二计算模块；221-第三计算模块；222-第一构建模块；222a-第二获取模块；222b-二构建模块；223-第四计算模块；300-第一计算模块；400-生成模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为使本申请下述实施例中的内容更容易理解，在此对部分必要的名词作出解释如下：
点云：目标表面特性的海量点集合。
定位定姿系统(Position and Orientation System)POS系统：利用全球定位系统和惯性测绘装置直接确定传感器空间位置和姿态的集成技术。
如图1所示，本发明实施例提供一种移动测绘点云的方法，包括：
S101获取定位定姿POS系统对于目标区域测得的多个原始POS轨迹的点云，并提取每个原始POS轨迹中的重叠区域的点云。
具体的，POS系统可以安装在移动装置上，例如汽车、无人机等，当对目标区域，例如某条街道、公路和建筑进行测绘点云时，需要携带POS系统的移动装置在目标区域内移动一次，从而完成对目标区域的测绘。测绘为了提高测绘精度，POS系统对需要测绘点云的目标区域测绘时，常常需要对目标区域移动测绘多次，再对测绘结果进行修正操作。其中，测绘POS系统每对目标区域测绘一次，都会有一个随着移动的路线测绘的原始POS轨迹，每个原始POS轨迹对应一个测绘点云，当多次测绘得到的原始POS轨迹越来越接近时，对应的点云重叠度越来越高。从测绘的所有原始POS轨迹中挑选若干轨迹进行比较，例如：选取2个原始POS轨迹或者3个原始POS轨迹，具体根据用户需要设置，在此并不作任何限制。
挑选原始POS轨迹中比较接近但不完全重叠的原始POS轨迹，然后将所有挑选的原始POS轨迹对应的点云重叠放置在一起，然后将重叠区域提取出来。举例说明：当目标区域为一个足球场，将测得足球场的所有六条原始POS轨迹放在一起比较，选取轨迹比较接近的三条原始POS轨迹，然后将选取出的三条原始POS轨迹对应的三个足球场点云的中线的中点平移至空间坐标系原点上，然后将三个足球场点云的重叠区域提取出。
S102根据每个重叠区域的点云，提取每个重叠区域的几何特征，并在多个点云中的重叠区域中匹配对应的几何特征，获取几何特征对。
具体地，提取到所有原始POS轨迹对应的点云重叠区域之后，需要在点云重叠区域中选取可以代表该重叠区域的几何特征，几何特征可以一条线，或者一个面，例如，路面、电线杆、屋顶等。选取点云重叠区域的几何特征时，需要将重叠在一起的重叠区域内的点云分开，然后分别对每个点云的几何特征进行单独提取。
举例说明：目标区域为一桥梁以及桥梁周围环境时，在提取到所有原始POS轨迹对应的点云重叠区域之后，需要在点云重叠区域中提取可以代表该重叠区域的几何特征，其中，提取的几何特征需要选择可以代表这个目标区域的几何特征，例如：桥面、桥梁、河面或者桥的扶手，这些几何特征都是在重叠区域内比较容易醒目并且比较容易寻找的几何特征，如果选取某个不易寻找并且不醒目的几何特征，例如河边的某个石头，则在选取时不易寻找，因此不方便提取；当选择待提取的几何特征后，重叠区域的每个点云都要在其重叠区域中选择相同的几何特征，例如当一个点云中选取了桥面几何特征时，其他点云也需要选择桥面为几何特征，因此，几何特征的选取需选取所有点云中共有的几何特征。在每个点云选取了对应的几何特征后，需要将所有点云选取的几何特征进行配对。例如，在选择桥面作为该桥梁的几何特征后，需要将每个点云的桥面几何特集中在一起进行分析处理，所以需要将点云中相同的几何特征集中在一起形成几何特征对。
S103根据几何特征对以及误差方程，计算获取原始POS轨迹的修正值。
具体的，通过对提取的几何特征对进行处理，即可得到关于该几何特征对的相关参数。
相关参数具体包括：各几何特征的方向、新几何体方向、旋转矩阵以及几何特征的类型。其中，新几何体方向是根据几何特征对中各几何特征的方向计算得到的；旋转矩阵和几何特征的类型是根据几何特征方向和新几何体方向计算得到的。
得到关于该几何特征对的相关参数后，将相关参数代入误差方程中，即可得到原始POS轨迹的修正值。
具体的，通过面几何特征的方向和面几何特征对应的新几何体的方向可以与各自面上的任意线构成方程组，然后设定修正值，即面几何特征在x、y、z轴上的平移量，以及通过旋转矩阵得到的仰俯角、翻滚角、航向角，通过任一面几何特征的方程经过修正值的变换之后，即可得到新几何体的方程，最后整理方程可得面几何特征的误差方程，并计算得到修正值；与面几何特征误差方程同理，设定修正值，线几何特征与线几何特征对应的新几何体的方向通过旋转矩阵建立方程，由线新几何体的上任一点的坐标以及原始线几何特征上的任一点的坐标，结合修正值以及线新几何体在x、y、z轴上的分量建立方程组，并可以计算得到修正值。原始POS轨迹通过修正值平移和旋转变化之后可以得到的新的轨迹，新的轨迹对应的点云即为高精度点云。
S104根据原始POS轨迹的修正值以及原始POS轨迹，生成新的点云。
具体的，当得到原始POS轨迹的修正值后，在步骤S101中提取的多个原始POS轨迹中选择一个原始POS轨迹，根据原始POS轨迹的修正值以及选择的原始POS轨迹，生成新的点云，修正后的POS轨迹对应的点云即为所需要的高精度点云。
本发明实施例提供一种移动测绘点云的方法，通过获取同一目标区域的原始POS轨迹，再提取原始POS轨迹对应的点云的重叠区域以及从重叠区域中的几何特征，然后通过对几何特征和误差方程的分析，修正原始POS系统的轨迹。这种方法通过从目标区域中测得多个原始轨迹，并提取每个原始轨迹对应点云中的重叠区域，提取每个重叠区域的几何特征，并在多个点云中的重叠区域中匹配对应的几何特征，获取几何特征对，根据几何特征以及误差方程，得到原始POS轨迹的修正值，就可以完成对点云精度的提高，不需要工作人员前往目标区域实地测绘，因此大大减少了工作人员的工作量，提高工作效率，进一步也提高了点云的精度。
图2为本申请另一实施例提供的移动测绘点云方法的流程示意图，如图2所示，步骤S102还包括：
S201根据每个重叠区域的点云，提取每个重叠区域的几何特征，几何特征包括下述至少一种：面几何特征和线几何特征。
具体地，几何特征分为面几何特征和线几何特征，其中面几何特征为点云中的平面特征，例如：窗户的玻璃、桌面和墙面等；线几何特征为点云中的直线特征，例如：路面的斑马线和地砖的边线等。
可选地，本实施例中，面几何特征可以为：水平面特征、竖直面特征；线几何特征可以为竖直圆柱特征。其中，水平面特征为重叠区域中水平的面，例如房顶、路面等；竖直面特征为重叠区域中竖直的面，例如墙面、广告牌等；竖直圆柱特征为重叠区域中竖直方向上的圆柱，例如电线杆、旗杆等。
具体地，根据区域增长法提取水平面特征，其中，区域增长法为：在需要提取的点云中选择一个方向为竖直向上或者竖直向下方向的点作为参照点，判断该参照点周围的点的方向与参照点的方向是否相同或者相反，若方向都相同或者相反，则这个面为水平面；否则这个面不为水平面。
同理于水平面特征的提取，竖直面特征也是根据区域增长法提取，但参照点的选择方法为：在需要提取的点云中选择一个方向为水平方向的点作为参照点。
竖直圆柱几何特征的提取方法为：通过将需要提取的点云投影到水平面上，得到点云平面分布的密度图，从该密度图中提取竖直圆柱投影的直线，这个直线即为竖直圆柱几何特征。
具体地，提取的面几何特征中还包括面几何特征参数，其中，面几何特征参数包括：时间信息、法向量方向和平面中心；提取的线几何特征中还包括线几何特征参数，其中，线几何特征参数包括：时间信息、起点位置和终点位置。其中，时间信息是构成几何特征点云的点的平均时间，平面中心为平面上的任意一点，在本实施例中为构成平面点云的中心在平面上的投影，法向量方向提取的面几何特征的点的方向，起点位置和终点位置为线几何特征的两端在空间坐标系中的坐标。
S202根据几何特征、POS系统预设精度阈值，在多个点云中的重叠区域中匹配符合预设条件的几何特征，组成几何特征对。
提取每个点云重叠区域的几何特征，并将所有提取的几何特征进行配对，组成几何特征对。
举例说明，若选择屋顶作为几何特征，则提取每个点云重叠区域的屋顶，并将所有提取的屋顶进行配对，组成几何特征对。
具体地，POS系统预设精度阈值由测绘POS系统提供，通过几何特征和POS系统预设精度阈值，对多个点云中的重叠区域中的几何特征按照预设条件进行匹配，当匹配误差不超过POS系统预设精度阈值时，几何特征完成配对，所有完成配对的几何特征组成几何特征对。
图3为本申请又一实施例提供的移动测绘点云方法的流程图，如图3所示，步骤S103还包括：
S301根据几何特征对中各几何特征的方向信息，计算获取新几何体方向。
具体地，新几何体的方向是通过几何特征对中所有几何特征的方向的算数平均值得到的。
此外，水平面和竖直面几何特征的方向为其法向量方向，其中，线几何特征的方向为竖直圆柱几何特征的终点和起点之差经过归一化处理得到的。
S302根据几何特征对中各几何特征的方向、新几何体方向、新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建误差方程。
具体地，几何特征类型为线几何特征或面几何特征，确定几何特征的类型后，通过几何特征的类型对应的相关参数构建误差方程。相关参数包括：几何特征的方向、新几何体方向和新几何体方向的旋转矩阵；其中，新几何体的方向和几何特征的方向已在S301中说明，不再赘述；新几何体方向的旋转矩阵由新几何体的方向和对应的几何特征反推得到。
S303通过误差方程，计算获取原始POS轨迹的修正值。
原始POS轨迹的修正值为平移量和旋转量，例如：在空间坐标系中，修正值为原始POS轨迹需要向x、y、z轴的平移量，以及需要通过旋转仰俯角、翻滚角、航向角的角度得到的新的POS轨迹，新的POS轨迹所对应的点云就是高精度点云。
如4为申请又一实施例提供的移动测绘点云方法的流程示意图，如图4所示，步骤S302还包括：
S401根据几何特征对中各几何特征的方向、新几何体方向，获取几何特征与新几何体之间的变换关系，变换关系包括多个变量参数。
通过新几何体的方向与对应的几何特征的反推可以得到对应的旋转矩阵；若几何特征对为G1和G2，则G1通过平移到对应的POS点位置再通过旋转矩阵可以得到G′1，同理，G2可以通过同样的变换关系得到G′2，此时再取G′1和G′2上一点的加权平均，加权平均结果即为新几何体上的一点，其中，在面几何特征中为面中心点，在线几何特征中为起点。此外，加权平均的权值由G1和G2对应的POS轨迹误差来定，G’1的权值P1＝E2，E2为G’2对应POS轨迹点误差，G’2的权值P2＝E1，E1为G’1对应POS轨迹点误差，其中E1和E2都由POS系统提供。几何特征类型中线几何特征为竖直圆柱特征，面几何特征对水平面特征和竖直面特征。在得到上述关系和参数后，即可构建误差方程。
S402根据变换关系、新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建误差方程。
在获得构建误差方程所需要所有相关参数时即可构建误差方程，例如当几何特征类型为面几何特征时，使A、B、C为新几何体的法向量，A1、B1、C1为几何特征对中一个面的法向量，x、y、z为平面中心的坐标，则有
其中，D可以把平面中心点带入上述方程中求得。
具体地，旋转矩阵R为
矩阵中a1～a9为
通过旋转矩阵则有
A1(a1x1+a2y1+a3z1+x0)+B1(a4x1+a5y1+a6z1+y0)
+C1(a7x1+a8y1+a9z1+z0)+D1＝0
通过整理上述方程则有
(A1a1+B1a4+C1a7)x1+(A1a2+B1a5+C1a8)y1
+(A1a1+B1a4+C1a7)z1+A1x0+B1y0+C1z0+D1＝0
即可以得到对应的面特征误差方程
方程中未知数为xT、yT、zT、ω、κ，其中角度未知数ω、κ，包含在a1～a9中，xT、yT、zT为平移量未知数，a1～a9为旋转矩阵R的元素。A0、B1、C1、D1为面特征对中一个原面特征的方程参数，A、B、C、D为新的面特征的方程参数。一个面特征对可以列出两组误差方程，面特征对中的两个不同时刻的几何特征对应的POS轨迹点不同，不同的POS轨迹点的旋转偏移量及未知数不同，最终误差方程为：
方程中p和q是未知数的上标，表示不同组未知数对应的POS轨迹点索引，不同POS轨迹点的未知数不同。p指当前面特征对中的一个面特征对应的POS轨迹点索引，q指面特征对中的另一个面特征对应的POS轨迹点索引。根据几何特征的时间信息寻找时间上距离最近的POS轨迹点，即可获得索引。对于n对平面几何特征有n组类似的误差方程，每组误差方程包含两个原始特征平面到新特征平面的变换，总体误差方程为:
在A、B、C、D、A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2、p、q上添加上角标区分不同平面特征对，n组平面特征对对应上角标从1到n。方程中参数意义与上文相同。将面特征总体误差方程命名为F1。
与面特征误差方程相同线几何特征需要分别和对应的新几何体生成误差方程：
其中，为新的线特征方向，为原始线几何特征对中的一个线特征的方向，R为对应于该线几何特征对的旋转矩阵，x、y、z为新几何特征直线上任意一点，x′、y′、z′为原线特征上的一点旋转后的坐标，[x′y′z′]T＝R[xiniyinizini]Txini、yini、zini为原线特征上的一点。R为原线特征到新线特征的旋转矩阵，包含方程未知数ω、κ；xT、yT、zT为原线特征到新线特征的平移量，也是方程所求未知数。与面特征误差方程相同，不同时刻的线几何特征对应的未知数不同，一对线特征的误差方程为:
方程中p,q是未知数的上标，表示不同组未知数对应的POS轨迹点索引，不同POS轨迹点的未知数不同。p指当前线特征对中的一个面特征对应的POS轨迹点索引，q指线特征对中的另一个面特征对应的POS轨迹点索引。根据几何特征的时间信息寻找时间上距离最近的POS轨迹点，即可获得索引。对于n对线几何特征有n组类似的误差方程每组误差方程包含两个原始直线到新直线特征的变换，线特征总体误差方程为:
方程使用上标区分不同线特征对，m组线特征对对应上标从1到m。方程中参数意义与平面特征误差方程的参数意义相同。用F2表示线特征总体误差方程。
图5为申请又一实施例提供的移动测绘点云方法的流程示意图，如图5所示，步骤S402还包括：
S501将变换关系、几何特征作为已知量，将修正值作为未知量。
构建完成面误差方程和线误差方程后，还需要对方程内的参数进行赋值，才能对未知量进行计算。其中，为方程赋值的即为已知量，例如，变换关系、几何特征的方向、新几何体的方向和新几何体方向的旋转矩阵等；通过方程解算的未知量就是对应的几何特征的修正值。
S502根据已知量和未知量、新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建误差方程。
通过面特征误差方程或者线特征误差方程，解算出对应的x0、y0、z0、ω、κ的值，并且列出保证POS平滑轨迹的差分约束方程
其中ωi、ki是第i个POS轨迹点上的位置和姿态改正值，除了第一个POS轨迹点，每个POS轨迹点可以列出一组平滑约束方程，假设有P个POS轨迹点，平滑约束的总体误差方程为:
将平滑约束总体误差方程表示为F3。联立面特征误差方程和线误差方程以及平滑约束，一次求解出所有POS轨迹点的改正值，将改正值应用于POS轨迹上即可得到相对纠偏后的POS轨迹,联立后的总体误差方程为:
误差方程中F1为面特征误差方程，F2为线特征误差方程。
本实施例通过对目标区域测得多个原始轨迹，并提取每个原始轨迹对应点云中的重叠区域，提取每个重叠区域的几何特征，并在多个点云中的重叠区域中匹配对应的几何特征，获取几何特征对，根据几何特征以及误差方程，得到原始POS轨迹的修正值，就可以完成对点云精度的提高，不需要工作人员前往目标区域实地测绘，因此大大减少了工作人员的工作量，提高工作效率，进一步也提高了点云的精度。
如图6所示，本发明实施例还提供一种移动测绘点云的装置，包括：
第一获取模块100，获取模块用于获取POS系统对于目标区域测得的多个原始POS轨迹，并提取每个原始POS轨迹中的重叠区域。
处理模块200，用于根据每个重叠区域的点云，提取每个重叠区域的几何特征，并在多个点云中的重叠区域中匹配对应的几何特征，获取几何特征对。
第一计算模块300，用于根据几何特征对以及误差方程，计算获取原始POS轨迹的修正值。
生成模块400，用于根据原始POS轨迹的修正值以及原始POS轨迹，生成新的点云。
上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
如图7所示，一种实施方式中，处理模块200包括：
提取模块210，用于根据每个重叠区域的点云，提取每个重叠区域的几何特征，几何特征至少包括其中一种：面几何特征和线几何特征。
第二计算模块220，用于根据几何特征、POS系统预设精度阈值，在多个点云中的重叠区域中匹配符合预设条件的几何特征，组成几何特征对。
上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
如图8所示，一种实施方式中，第二计算模块220包括：
第三计算模块221，用于根据几何特征对中各几何特征的方向信息，计算获取新几何体方向。
第一构建模块222，用于根据几何特征对中各几何特征的方向、新几何体方向、新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建误差方程，几何特征的类型为：线几何特征或面几何特征。
第四计算模块223，用于通过误差方程，计算获取原始POS轨迹的修正值。
上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
如图9所示，一种实施方式中，第一构建模块222包括：
第二获取模块222a，用于根据几何特征对中各几何特征的方向、新几何体方向，获取几何特征与新几何体之间的变换关系，变换关系包括多个变量参数。
第二构建模块222b，用于根据变换关系、新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建误差方程。
上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
一种实施方式中，第二构建模块222b还用于将变换关系、几何特征作为已知量，将修正值作为未知量，根据已知量和未知量、新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建误差方程。
上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种移动测绘点云的方法，其特征在于，所述移动测绘点云的方法包括：
获取定位定姿POS系统对于目标区域测得的多个原始POS轨迹的点云，并提取每个所述原始POS轨迹中的重叠区域的点云；
根据每个所述重叠区域的点云，提取每个所述重叠区域的几何特征，并在多个所述原始POS轨迹的点云中的重叠区域中匹配对应的几何特征，获取几何特征对；
根据所述几何特征对以及误差方程，计算获取所述原始POS轨迹的修正值；
根据所述原始POS轨迹的修正值以及所述原始POS轨迹，生成新的点云。
2.根据权利要求1所述的一种移动测绘点云的方法，其特征在于，所述根据每个所述重叠区域的点云，提取每个所述重叠区域的几何特征，并在多个所述原始POS轨迹的点云中的重叠区域中匹配对应的几何特征，获取几何特征对，包括：
根据每个所述重叠区域的点云，提取每个所述重叠区域的几何特征，所述几何特征包括下述至少一种：面几何特征和线几何特征；
根据所述几何特征、所述POS系统预设精度阈值，在多个所述原始POS轨迹的点云中的重叠区域中匹配符合预设条件的几何特征，组成几何特征对。
3.根据权利要求2所述的一种移动测绘点云的方法，其特征在于，所述根据所述几何特征对以及误差方程，计算获取所述原始POS轨迹的修正值，包括：
根据所述几何特征对中各几何特征的方向信息，计算获取新几何体方向；
根据所述几何特征对中各几何特征的方向、所述新几何体方向、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程；
通过所述误差方程，计算获取所述原始POS轨迹的修正值。
4.根据权利要求3所述的一种移动测绘点云的方法，其特征在于，所述根据所述几何特征对中各几何特征的方向、所述新几何体方向、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程，包括：
根据所述几何特征对中各几何特征的方向、所述新几何体方向，获取所述几何特征与所述新几何体之间的变换关系，所述变换关系包括多个变量参数；
根据所述变换关系、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程。
5.根据权利要求4所述的一种移动测绘点云的方法，其特征在于，所述根据所述变换关系、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程，还包括：
将所述变换关系、所述几何特征作为已知量，将修正值作为未知量；
根据所述已知量和所述未知量、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程。
6.一种移动测绘点云的装置，其特征在于，所述移动测绘点云的装置包括：
第一获取模块，所述获取模块用于获取POS系统对于目标区域测得的多个原始POS轨迹的点云，并提取每个所述原始POS轨迹中的重叠区域的点云；
处理模块，用于根据每个所述重叠区域的点云，提取每个所述重叠区域的几何特征，并在多个所述原始POS轨迹的点云中的重叠区域中匹配对应的几何特征，获取几何特征对；
第一计算模块，用于根据所述几何特征对以及误差方程，计算获取所述原始POS轨迹的修正值；
生成模块，用于根据所述原始POS轨迹的修正值以及所述原始POS轨迹，生成新的点云。
7.根据权利要求6所述的一种移动测绘点云的装置，其特征在于，所述处理模块包括：
提取模块，用于根据每个所述重叠区域的点云，提取每个所述重叠区域的几何特征，所述几何特征包括下述至少一种：面几何特征和线几何特征；
第二计算模块，用于根据所述几何特征、所述POS系统预设精度阈值，在多个所述原始POS轨迹的点云中的重叠区域中匹配符合预设条件的几何特征，组成几何特征对。
8.根据权利要求7所述的一种移动测绘点云的装置，其特征在于，所述第二计算模块包括：
第三计算模块，用于根据所述几何特征对中各几何特征的方向信息，计算获取新几何体方向；
第一构建模块，用于根据所述几何特征对中各几何特征的方向、所述新几何体方向、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程；
第四计算模块，用于通过所述误差方程，计算获取所述原始POS轨迹的修正值。
9.根据权利要求8所述的一种移动测绘点云的装置，其特征在于，所述第一构建模块包括：
第二获取模块，用于根据所述几何特征对中各几何特征的方向、所述新几何体方向，获取所述几何特征与所述新几何体之间的变换关系，所述变换关系包括多个变量参数；
第二构建模块，用于根据所述变换关系、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程。
10.根据权利要求9所述的一种移动测绘点云的装置，其特征在于，所述第二构建模块还用于将所述变换关系、所述几何特征作为已知量，将修正值作为未知量，根据所述已知量和所述未知量、所述新几何体方向的旋转矩阵、以及几何特征的类型，构建所述误差方程。
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