CN110163139A - 城市三维数字化信息采集更新扫描系统 - Google Patents

Abstract

本案涉及一种城市三维数字化信息采集更新扫描系统，包括：对比识别单元，多维影像获取单元，影像预处理单元，影像拼接单元，存储整合单元；本发明的城市三维数字化信息采集更新扫描系统，可搭载于车辆上，在对城市的巡逻中发现城市建筑物侧立面的变化，释放无人机捕捉发生变化建筑的局部信息，生成新的三维模型，并进行无缝替换；可对数字城市中发生过更新的信息进行存储，生成动态历史记录影像，可记录城市发展，方便对城市进行历史回顾，辅助城市规划者进行更高效准确的决策，并便于以后对所存储信息进行更有价值的整理研究；还可用于建筑物单点测绘，交通、水文、环境实时动态监测，防灾、减灾等方面。

Description

城市三维数字化信息采集更新扫描系统

技术领域

本发明属于数字城市建设领域，具体涉及一种城市三维数字化信息采集更新扫描系统。

背景技术

数字城市是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以现代通信网络技术及信息安全技术为支撑，综合运用RS遥感、GIS地理信息技术、GPS全球定位系统、人工智能技术、虚拟仿真技术等对城市进行多分辨率、多时空、多尺度、多种类的三维扫描和分析，构筑数字化的城市。

数字城市将现代城市的信息进行收集、整理、归纳，并按照地理坐标建立完整的信息模型，借助网络，为各机关、企事业单位以及公众提供快速、完整、形象的获取城市各种信息的手段，为城市的土地管理、城市规划、建设和运营、维稳、公安消防、灾害预警、等提供有效的辅助，为调控、监管、预测城市提供现代化的手段和服务。

起初，在数字城市概念刚兴起的时候，数字城市通常是作为城市名片和宣传之用，被称为昂贵的花瓶，并无多少实用功能，而今，随着技术的发展，数字城市在基准地价评估体系、地下管网管理信息系统、污染监测GIS信息系统、旅游资源管理信息系统、地理信息公众服务系统等方面都发挥了举足轻重的作用。

但是，随着城市发展的日新月异，由于信息不能及时更新，数字城市提供信息的滞后性成为阻碍数字城市发展和应用的瓶颈，而以当前的技术手段，满足数字城市信息的及时更新需要耗费大量的人力物力。

有鉴于此，有必要提供一种能及时更新、成本较低的数字城市信息的扫描采集、更新的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种对现有数字城市信息即时更新的城市三维数字化信息采集更新系统。

本发明的另一个目的是提供一种可用于建筑物单点测绘，交通、水文、环境实时动态监测，防灾、减灾，且能对城市发展进行记录和整理的城市三维数字化信息采集更新扫描系统。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种城市三维数字化信息采集更新扫描系统，包括：

对比识别单元，其包括车载影像扫描装置，还包括对车载影像扫描装置所获取影像与现有数字城市系统进行核对的对比分析模块和识别锁定模块；

多维影像获取单元，其于与对比识别单元连接并受对比识别单元控制，包括车载无人机平台、搭载于车载无人机平台上的无人机，所述无人机上安装有成像装置和遥感装置；

影像预处理单元，其与多维影像获取单元通过有线或无线的方式连接，包括影像三维融合模块和影像畸变纠正模块；以生成便于插入式替换的三维模型；

影像拼接单元，其包括影像特征提取模块、影像匹配模块、替换抓取模块及影像融合模块，所述影像拼接单元与所述影像预处理单元相连接，用于将所述影像预处理单元生成的三维模型替换插入至当前的数字城市系统；

存储整合单元，其与影像预处理单元和影像拼接单元有线连接，包括影像存储模块、影像整合模块。

优选的是，所述影像存储模块用于存储并上传当前影像模型、被替换抓取出来的原影像模型和之前存储的历史影像，所述影像整合模块将当前影像、原影像和历史影像整合为记录不同时期影像的动态模拟影像。

优选的是，所述多维影像获取单元在采集单点信息时，采用无人机多点环绕，同步上升、360度立体成像的方法采集。

优选的是，所述多维影像获取单元在采集面信息时，采用无人机多点平铺，同步上升或盘旋成像的方法采集。

优选的是，所述车载无人机平台包括无人机收放架、安装于无人机收放架上的无线传输及控制模块、设于无人机收放架上的无人机停靠位和安装于无人机停靠位上的充电装置。

优选的是，所述充电装置由车载蓄电池组或车内电路供电。

优选的是，所述无人机收放架为可自动打开或折叠、带有多个无人机停靠位的防尘防雨结构，所述每个无人机停靠位上设有无人机辅助定位装置。

优选的是，所述影像特征提取模块和所述的影像匹配模块通过SIFT算法进行特征提取和匹配。

本发明的城市三维数字化信息采集更新扫描系统，具有诸多优点：

1、可搭载于车辆上，在对城市的定期巡逻中发现城市建筑物侧立面的变化，释放无人机捕捉发生变化建筑的局部信息，生成新的三维模型，并进行无缝替换。

2、对数字城市中发生过更新的信息进行存储，生成动态历史记录影像，可记录城市发展，方便对城市进行历史回顾，辅助城市规划者进行更高效准确的决策，并便于以后对所存储信息进行更有价值的整理研究。

3、可用于建筑物单点测绘，交通、水文、环境实时动态监测，防灾、减灾。

4、多架无人机可交替充电，轮候起飞，可适用于各类突发情况的不间断信息支持。

附图说明

图1为城市三维数字化信息采集更新扫描系统流程图。

图2为车载无人机平台展开的结构示意图。

图3为车载无人机平台收拢的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1

如图1所示，一种城市三维数字化信息采集更新扫描系统，包括：

对比识别单元，其包括车载影像扫描装置，还包括对车载影像扫描装置所获取影像与现有数字城市系统进行核对的对比分析模块和识别锁定模块；现有数字城市是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以现代通信网络技术及信息安全技术为支撑，综合运用RS遥感、GIS地理信息技术、GPS全球定位系统、人工智能技术、虚拟仿真技术等对城市进行多分辨率、多时空、多尺度、多种类的三维扫描和分析，构筑数字化的城市；数字城市将现代城市的信息进行收集、整理、归纳，并按照地理坐标建立完整的信息模型，借助网络，为各机关、企事业单位以及公众提供快速、完整、形象的获取城市各种信息的手段，

多维影像获取单元，其于与对比识别单元连接并受对比识别单元控制，包括车载无人机平台、搭载于车载无人机平台上的无人机，所述无人机上安装有成像装置和遥感装置；

影像预处理单元，其与多维影像获取单元通过有线信号或无线信号连接，包括影像三维融合模块和影像畸变纠正模块；以生成便于插入式替换的三维模型；

影像拼接单元，其与影像预处理单元相连接，用于将所述影像预处理单元生成的三维模型替换插入至当前的数字城市系统，包括影像特征提取模块、影像匹配模块、替换抓取模块及影像融合模块；

存储整合单元，其与影像预处理单元和影像拼接单元有线连接，包括影像存储模块、影像整合模块。

所述影像存储模块用于存储并上传当前影像模型、被替换抓取出来的原影像模型和之前存储的历史影像，所述影像整合模块将当前影像、原影像和历史影像整合为记录不同时期影像的动态模拟影像。

所述多维影像获取单元在采集单点信息时，采用无人机多点环绕，同步上升、360度立体成像的方法采集。这对于单体建筑、中小型立体自然景观等具有快速三维成像的效果。

所述多维影像获取单元在采集面信息时，采用无人机多点平铺，同步上升或盘旋成像的方法采集。这对于中大型绿化、水文、底层建筑群等有较好的快速三维成像效果。

所述影像特征提取模块和所述的影像匹配模块通过SIFT算法进行特征提取和匹配。SIFT特征是图像的局部特征，其对旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性，对视角变化、仿射变换、噪声也保持一定程度的稳定性；适用于在海量特征数据库中进行快速、准确的匹配；经优化的SIFT匹配算法可以达到实时的要求；可以很方便的与其他形式的特征向量进行联合。

实施例2

如图2、3所示，所述车载无人机平台包括无人机收放架2、安装于无人机收放架上的无线传输及控制模块1、设于无人机收放架上的无人机停靠位6和安装于无人机停靠位上的充电装置3。

所述无线传输及控制模块1设于无人机收放架2一侧外壁。

所述充电装置3为无线充电板，由车载蓄电池组或车内电路供电，每个无人机停靠位6上都设有充电装置3。

所述无人机收放架2为顶部双开门4，顶部双开门4内侧壁、无人机收放架内腔底部5内共设有八个无人机停靠位6，顶部双开门4可电控打开或折叠，打开后，形成一个整体的平面；无人机回收后，由人工或自动装置对处于双开门内侧壁停靠位上的无人机加以固定，然后闭合顶部双开门4，形成密闭的空间以保护无人机。

每个无人机停靠位上设有定位信号发射器7和辅助定位标识8，每架无人机都有自己固定的停靠位。

所述无人机收放架2固定于车顶或敞开式货车车厢内，便于随时随地释放无人机。

实施例3

车载影像扫描装置在车辆沿路巡逻的过程中对四周的街景进行拍照或扫描，与数字城市系统中巡逻车辆视角下的相应位置图片中的静态建筑或景观进行比对，对于发现对比差异大于设定阈值的，经人工确认和决定是否需要释放无人机对该差异点进行数字城市信息更新。

例如车载影像扫描装置对比发现一商场扫描影像对比超过阈值，经人工确认其外立面进行重修装修后有较大改观，有必要将其三维数字信息重新录入更新，选择合适的停车地点，在数字城市系统的辅助下，结合现场实际情况，环绕该商场选择多个必要的影像捕捉点，设置无人机飞行线路，使无人机在各自飞行路线上所获得的影像经过处理能迅速形成新的三维数字化模型。

无人机飞行路线设定好后，打开车载无人机平台，释放无人机，环绕该商场的无人机环形列阵形成后，调整列阵高度，测试无人机环形列阵发回的影像能形成完整合格的三维影像后，控制列阵同步稳定上升，在形成完整的商场三维数字化模型后命令无人机收回。

完整的商场三维数字化模型上传至数字城市系统，抠除旧模型，替换新模型。

新模型和替换下来的旧模型被存储，与之前和该商场相关的历史模型合并生成渐变式影像，在数字城市系统中该点被触发时，自动播放该渐变式影像。

实施例4

某地突发山体滑坡，山谷中部分房舍被掩埋，有山民需要营救。

车载无人机平台到达该地后，立即释放无人机，通过影像、遥感技术对山体滑坡所在地形成新的地貌三维数字模型，与旧的地貌三维数字模型进行对比，计算灾害破坏程度，预测可能会后继发生的次生灾害或其他影响因素；另一方面，派出无人机在受灾现场上空悬停，多组无人机轮候，若无人机派出频次过多，车载充电供应不足，应准备多个额外的供电电源；

在本发明系统的协助下，不间断的传回受灾现场信息，通过遥感技术可迅速发现有价值的救灾点，有利于救灾统筹调度和救援，方便后方指挥决策人员迅速直观的做出判断。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (9)

1.一种城市三维数字化信息采集更新扫描系统，其特征在于，包括：

对比识别单元，其包括车载影像扫描装置，还包括对车载影像扫描装置所获取影像与现有数字城市系统进行核对的对比分析模块和识别锁定模块；

多维影像获取单元，其于与对比识别单元连接并受对比识别单元控制，包括车载无人机平台、搭载于车载无人机平台上的无人机，所述无人机上安装有成像装置和遥感装置；

影像预处理单元，其与多维影像获取单元通过有线或无线的方式连接，包括影像三维融合模块和影像畸变纠正模块；以生成便于插入式替换的三维模型；

影像拼接单元，其包括影像特征提取模块、影像匹配模块、替换抓取模块及影像融合模块，所述影像拼接单元与所述影像预处理单元相连接，用于将所述影像预处理单元生成的三维模型替换插入至当前的数字城市系统；

存储整合单元，其与影像预处理单元和影像拼接单元有线连接，包括影像存储模块、影像整合模块。

2.如权利要求1所述的城市三维数字化信息采集更新扫描系统，其特征在于，所述影像存储模块用于存储并上传当前影像模型、被替换抓取出来的原影像模型和之前存储的历史影像，所述影像整合模块将当前影像、原影像和历史影像整合为记录不同时期影像的动态模拟影像。

3.如权利要求2所述的城市三维数字化信息采集更新扫描系统，其特征在于，所述多维影像获取单元在采集单点信息时，采用无人机多点环绕，同步上升、360度立体成像的方法采集。

4.如权利要求2所述的城市三维数字化信息采集更新扫描系统，其特征在于，所述多维影像获取单元在采集面信息时，采用无人机多点平铺，同步上升或盘旋成像的方法采集。

5.如权利要求1所述的城市三维数字化信息采集更新扫描系统，其特征在于，所述车载无人机平台包括无人机收放架、安装于无人机收放架上的无线传输及控制模块、设于无人机收放架上的无人机停靠位和安装于无人机停靠位上的充电装置。

6.如权利要求5所述的城市三维数字化信息采集更新扫描系统，其特征在于，所述充电装置由车载蓄电池组或车内电路供电。

7.如权利要求5所述的城市三维数字化信息采集更新扫描系统，其特征在于，所述无人机收放架为可自动打开或折叠、带有多个无人机停靠位的防尘防雨结构，每个所述无人机停靠位上设有无人机辅助定位装置。

8.如权利要求7所述的城市三维数字化信息采集更新扫描系统，其特征在于，所述无人机收放架固定于车顶或敞开式货车车厢内。

9.如权利要求1-8任一项所述的城市三维数字化信息采集更新扫描系统，其特征在于，所述影像特征提取模块和所述的影像匹配模块通过SIFT算法进行特征提取和匹配。