CN111047694A - 一种基于视觉与规则的三维道路建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高精度地图中快速三维建模领域，公开了一种基于视觉与规则的三维道路建模方法包括，获取道路厚度数据、道路位置数据及道路的属性数据；获取二维道路数据，所述二维道路数据包括二维道路中心线数据、二维道路交通标线数据；利用二维道路数据、道路厚度数据及道路位置数据，生成三维网格道路模型；依据道路的属性数据，将三维网格道路模型贴上相应的纹理，生成三维道路实体模型，便于快速的生成俯视时有重叠且处于不同高度的道路的三维道路模型。

Description

一种基于视觉与规则的三维道路建模方法及系统

技术领域

本发明涉及高精度地图三维道路建模技术领域，公开了一种基于视觉与规则的三维道路建模方法及系统。

背景技术

数字地理空间建立的基础是地理数据三维模型的建立。测绘手段获得的地物空间数据基本属于2D或者2.5D结构，表现的只是平面信息，高程信息只是作为属性信息关联在其中，无法表现地物的三维结构。虽然高精度地图比普通电子导航地图能够展示更多的信息，但是人们在驾驶中，往往需要对当前周围的现实环境有一个清楚的认识，比如周围的建筑物、路口、交通标志以及路牌等等，这时建立三维的道路模型就显得很有必要。

目前公开的一些技术资料中，描述了一些关于道路三维建模的方法，例如公开号为CN201610146579的专利文件中，描述了一种三维道路建模及动态仿真渲染的方法，虽然能够完整地展现出道路横断面的形态(包括边坡、路牙、盲道、人行道、行车道、隔离栏等)，但是对于复杂的包含高架路的城市道路中，上行下行道路分别有各自的形态的情况无法进行准确建模。

发明内容

针对背景技术所面临的问题，本发明的目的在于提供一种快速基于视觉与规则的三维道路建模方法及系统。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于视觉与规则的三维道路建模方法包括，获取道路厚度数据、道路位置数据及道路的属性数据；获取二维道路数据，所述二维道路数据包括二维道路中心线数据、二维道路交通标线数据；利用二维道路数据、道路厚度数据及道路位置数据，生成三维网格道路模型；依据道路的属性数据，将三维网格道路模型贴上相应的纹理，生成三维道路实体模型。

优选的，采集道路的道路信息，道路信息包括道路宽度数据及车道数量数据，利用道路宽度数据及车道数量数据生成二维道路中心线数据和二维道路交通标线数据。

优选的，道路信息还包括道路的视频数据，利用双目摄像头采集视频数据，并将视频数据与道路位置数据关联对应。

优选的，利用视频数据检测三维道路实体模型的准确性。

优选的，利用定位终端采集道路位置数据，道路位置数据包括道路的高度数据，利用道路的高度数据，生成位于不同高度的三维道路模型。

优选的，道路的信息包括桥梁的桥墩的起始高度数据、桥墩的样式数据、桥墩的密度数据、高架的厚度数据，道路位置数据包括桥梁的坐标数据，根据桥梁的信息和桥梁的坐标数据，生成三维桥梁实体模型并将三维桥梁实体模型置于三维道路实体模型的相应位置上。

优选的，三维道路实体模型包括交通信号灯实体模型，道路位置数据包括交通信号灯的坐标数据，根据交通信号灯的坐标数据，将交通信号灯实体模型置于三维道路实体模型的相应位置上。

优选的，二维道路中心线数据包括二维道路中心线节点数据，当多个二维道路中心线节点位于同一直线道路上时，利用部分二维道路中心线节点数据，生成三维网格道路模型。

优选的，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

优选的，一种基于视觉与规则的三维道路建模的系统包括，数据采集模块，用于获取道路厚度数据、道路位置数据及道路的属性数据；二维数据获取模块，用于获取二维道路数据，所述二维道路数据包括二维道路中心线数据、二维道路交通标线数据；生成模块，用于利用二维道路数据、道路厚度数据及道路位置数据，生成三维网格道路模型；转换模块，用于依据道路的属性数据，将三维网格道路模型贴上相应的纹理，生成三维道路实体模型。

与现有技术相比，本发明提供了一种基于视觉与规则的三维道路建模方法包括，获取道路厚度数据、道路位置数据及道路的属性数据；获取二维道路数据，所述二维道路数据包括二维道路中心线数据、二维道路交通标线数据；利用二维道路数据、道路厚度数据及道路位置数据，生成三维网格道路模型；依据道路的属性数据，将三维网格道路模型贴上相应的纹理，生成三维道路实体模型，利用二维道路数据生成三维网格道路模型，便于利用现有的二维地图转换成三维地图，便于更加快捷的生成三维地图，而且利用道路位置数据，即利用道路的高度数据，便于快速的生成俯视时有重叠和处于不同高度的道路的三维道路模型。

附图说明

图1为本发明一种GNSS接收机快速帧同步的方法的流程示意图；

图2为本发明一种GNSS接收机快速帧同步的系统的组成图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

下文将详细的对示例性实施例进行说明，所提供的实施例中所描述的实施方式代表本发明的部分较佳实施方式，而并非全部实施方式。基于本发明中的实施例以及图文，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所能获得的所有其他实施例，都将在本发明保护的范围之内。

在卫星定位中基于载波相位的定位技术能够提供厘米级的定位效果，而其中固定载波相位的模糊度是最为关键的技术，用户需设法解出模糊度即整周未知数，才能求得从卫星至接收机间的距离，从而才能求得用户的精准位置信息。

如图1为本发明提供了一种基于视觉与规则的三维道路建模方法包括：S1，获取道路厚度数据、道路位置数据及道路的属性数据；S2，获取二维道路数据，所述二维道路数据包括二维道路中心线数据、二维道路交通标线数据；S3，利用二维道路数据、道路厚度数据及道路位置数据，生成三维网格道路模型；S4，依据道路的属性数据，将三维网格道路模型贴上相应的纹理，生成三维道路实体模型。

一实施例中，获取道路厚度数据、道路位置数据及道路的属性数据；首先，采集道路信息，道路信息包括道路宽度数据及对应道路的车道数量数据和道路的视频数据，道路信息还包括桥梁的桥墩的起始高度数据、桥墩的样式数据、桥墩的密度数据、高架的厚度数据等。本实施例中是使用多辆采集车采集道路信息，该采集车上装设有双目摄像头及高精度地图采集终端，然后将多辆该采集车投放于城市中，通过双目摄像头来进行实时行车视频的采集记录就得到道路的视频数据，同时利用高精度定位终端和RTK方法采集行驶路径上的道路定位数据。这些视频数据和道路定位数据关联对应，也就是行驶路径上的道路的同一位置的定位数据对应该位置时的视频数据。采集道路信息也可以从一些相关渠道下载而获取或者其他方式获取，例如有些已有的道路数据库，可以从道路数据库中获取道路信息使用，在此并不为限，该道路定位数据包括道路及道路上的路灯、指示牌等的坐标数据，该坐标数据是三维坐标，包括了高度坐标，高度坐标也就是高程值。

一实施例中，获取二维道路数据，所述二维道路数据包括二维道路中心线数据、二维道路交通标线数据；二维道路数据就是显示二维高精度地图时用户通过导航终端设备等所展示二维地图时的数据，二维地图是电子的二维地图，此二维地图可通过计算机、手机或汽车等导航终端设备的显示模块显示于其显示屏上供用户使用。二维道路交通标线数据包括二维车道线数据、二维指示牌数据、二维交叉路口数据等。导航终端设备利用二维车道线数据将二维车道线准确显示于其二维地图的相应位置上，利用二维车道线数据、二维指示牌数据、二维交叉路口数据提供车辆所在的车道及指导车辆的行驶。采集车采集到道路信息后，利用处理数据软件对采集到的道路信息进行处理，将采集到的道路位置数据按照固定解、浮点解、伪距解等分类，并分析，并通过基于AI的高精度地图实时识别生产，实时在数据库中生产一张Shp格式的二维路网图，该二维路网图显示了每条道路的宽度以及各个车道的宽度，且车道标志线的虚实线信息完整展现，并在各个节点中记录了道路在该节点处的相对高程值；利用GIS软件，以及相应开发的各种插件工具，可以得到车道参考线图层，本实施例种以车道中心线作为道路的参考线。

具体的，步骤一，将上述采集到的视频数据与道路位置数据进行预处理，统计其采集数据中的道路位置数据固定解比率等指标，选择大于60％阈值的数据进行基于AI的高精度地图实时识别生产；步骤而，基于AI的高精度地图生产会在数据库中实时生成shapefile格式的地图数据，生成的图层有道路标线、道路参考线、道路节点、设施点等；步骤三，利用GIS软件及Generator Lane Markings工具基于道路的参考线生成交通标线；利用Video_UV_Tracker工具进行道路位置数据与视频数据的关联匹配，便于在严重遮挡区域确定道路要素；利用线条融合工具进行断头线条的自动连接；利用面要素修改工具，进行面要素的平滑与美化。将二维道路数据显示于导航终端的显示屏上，显示为二维地图。

一种实施例中，利用二维道路数据、道路厚度数据及道路位置数据，生成三维网格道路模型；利用CityEngine软件，将二维道路数据、道路厚度数据及道路位置数据，形成三维网格道路模型，CityEngine软件利用道路位置数据中节点处的道路高程值将路网形成高低起伏的形状；整合三维网格道路模型中的节点数据，将无关节点删除，便于快速建模。该节点指在源shapefile数据进行编辑的时候在道路连接处、道路属性信息变化以及车道数变化的情况下进行打断而形成的节点，通常其属性中带有节点的高程信息；节点数据属性中的高程信息会被自动识别，根据所选择的坐标参考，形成基于真实高程信息的高低起伏的道路参考线。二维道路中心线数据包括二维道路中心线节点数据，当多个二维道路中心线节点位于同一直线道路上时，利用部分二维道路中心线节点数据，生成三维网格道路模型。

具体的，选取步骤二中生产的shapefile格式的道路参考线图层(道路中心线)，道路中心线数据与数据图层选用相同的坐标参考，应用CityEngine软件，将shapefile类型的道路中心线数据数据显示为与实际道路中心线数据相同的线数据与节点数据；所述节点指在源shapefile数据进行编辑的时候在道路连接处、道路属性信息变化以及车道数变化的情况下进行打断而形成的节点，节点位置信息包括节点的高程值；

CityEngine软件会自动识别节点位置信息中的高程值，根据所选择的坐标参考，形成基于真实高程值的高低起伏的道路参考线框架，另一种实施例中，也可根据实际需求按如下方式修改：选择要修改的节点；通过属性面板中的Vertices；修改其中的y值来修改节点高程值，在此并不为限。

应用CityEngine软件在利用源数据与节点数据的过程中，还会在一些转弯较多以及道路密集的地方额外生成一些节点，为了提高建立模型的效率，将这些额外的节点进行删除，具体的，根据原数据中的进行线数据打断的地方，保留这些节点；选中其余的节点进行删除；在删除掉节点的地方，利用“Polygonal street creation”功能将缺失地方的前后两节点进行连接，形成完整的道路框架。这样就形成了完整的三维网格道路模型。

一实施例中，依据道路的属性数据，将三维网格道路模型贴上相应的纹理，生成三维道路实体模型。道路的属性指的是道路的组成材料等。使得三维道路模型更加形象具体，与实际道路更加相像，然后再将路灯模型、交通标志模型等等根据路灯模型、交通标志模型等的位置数据至于三维道路模型的相应位置上，三维道路实体模型包括交通信号灯实体模型，道路位置数据包括交通信号灯的坐标数据，根据交通信号灯的坐标数据，将交通信号灯实体模型置于三维道路实体模型的相应位置上。本实施例的三维网格道路模型包括左右人行道模型、左右分离区(自行车道、缓冲区、停车区)、浮动专用车道、主要车道、中央隔离带。

具体的，对道路整体模型进行高分辨率的贴图处理，使其更贴合于真实的道路场景；然后将模型导出为DAE格式，并导入到三维渲染软件Lumion中，进行模型效果图的渲染，并利用三维漫游技术，对道路总体模型的场景进行漫游模拟。

1.对所要用到的要素材质使用高分辨率的相机进行收集拍照，并进行裁剪操作，主要需要收集的材质包括道路面、人行道面、绿化带面等；

2.选取制作好的模型所有要素，点击导出模型，选择导出为COLLADA格式，后缀为.dae，将模型与材质贴图等文件放在同一个文件夹下；

3.在三维渲染软件Lumion中，点击导入新模型，选择上述步骤中导出的COLLADA格式模型加载到Lumion中，通过设置模型缩放和扩大倍数来确保渲染镜头可以完整切合模型；

4.切换到动画模式，选择合适的镜头点击拍照，下方镜头框中将会有一帧图像；继续移动镜头，拍下下一帧图像；这样一直到完成整段动画的拍摄；

5.点击渲染，选择分辨率，则在软件渲染后可以得到对模型的三维漫游模拟。

在所述步骤3中，需要控制道路节点的个数，节点太多影响整体建模的效率，节点太少则无法精确模拟道路的真实形态。需要在尽可能保证道路形态的前提下删掉不重要的节点，并将确实部分用生成道路工具连接起来。

在所述步骤3中，在道路上行与下行道路在同一高度，且中间有明显的绿化带、隔离带或双黄线的情况下，此段道路用一条参考线表示；在上行与下行道路不在一个高度，且两者中间完全不相接的情况下，此段道路上行、下行道路分别用一条参考线来表示。

在所述步骤4中，面对转弯角过大的情况，道路可能会发生扭曲变形，可以通过软件中的Edit street/curves工具进行对其道路弧度的修改。

在所述步骤5中，遇到高架位于道路正上方、桥墩位于道路中间的情况，需要根据下层道路的绿化带宽度来设置上层高架桥墩的宽度，使其桥墩底部完全落在绿化带中，此操作需要通过属性设置面板上增加设置桥墩宽度的功能来实现。

最后当制作好三维道路模型时，我们可利用视频数据检测三维道路模型的准确性。例如，可以人工检测，将三维道路模型显示于导航终端设备的显示屏上，一边观测显示屏上显示的三维道路模型，一边查看与之相关联对应的视频数据，确保三维道路模型与实际道路模型一致。当然，这种关联对应的检测也可以采用视觉检测法来检测。

如图2为本发明提供了一种基于视觉与规则的三维道路建模的系统包括，S10，二维数据获取模块，用于获取二维道路数据，所述二维道路数据包括二维道路中心线数据、二维道路交通标线数据；S20，数据采集模块，用于获取道路厚度数据、道路位置数据及道路的属性数据；S30，生成模块，用于利用二维道路数据、道路厚度数据及道路位置数据，生成三维网格道路模型；S40，转换模块，用于依据道路的属性数据，将三维网格道路模型贴上相应的纹理，生成三维道路实体模型。

该系统还包括显示模块和存储模块，显示模块用于显示上述三维道路模型，当然也可以用于显示三维道路模型上的路灯模型、交通指示牌模型等，存储模块用于存储上述道路位置数据等。

本发明的目的是尽可能利用现有的二维高精度地图转换为三维高精度地图，且三维高精度地图上可以用于显示交叉且位于不同高度的道路，这非常适合于复杂的道路，例如重庆市的复杂交叉高架桥等。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一所述方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。

在符合本领域技术人员的知识和能力水平范围内，本文提及的各种实施例或者技术特征在不冲突的情况下，可以相互组合而作为另外一些可选实施例，这些并未被一一罗列出来的、由有限数量的技术特征组合形成的有限数量的可选实施例，仍属于本发明揭露的技术范围内，亦是本领域技术人员结合附图和上文所能理解或推断而得出的。

最后再次强调，上文所列举的实施例，为本发明较为典型的、较佳实施例，仅用于详细说明、解释本发明的技术方案，以便于读者理解，并不用以限制本发明的保护范围或者应用。

因此，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等而获得的技术方案，都应被涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于视觉与规则的三维道路建模方法，其特征在于，包括：

获取道路厚度数据、道路位置数据及道路的属性数据；

获取二维道路数据，所述二维道路数据包括二维道路中心线数据、二维道路交通标线数据；

利用二维道路数据、道路厚度数据及道路位置数据，生成三维网格道路模型；

依据道路的属性数据，将三维网格道路模型贴上相应的纹理，生成三维道路实体模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采集道路的道路信息，道路信息包括道路宽度数据及车道数量数据，利用道路宽度数据及车道数量数据生成二维道路中心线数据和二维道路交通标线数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：道路信息还包括道路的视频数据，利用双目摄像头采集视频数据，并将视频数据与道路位置数据关联对应。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：利用视频数据检测三维道路实体模型的准确性。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：利用定位终端采集道路位置数据，道路位置数据包括道路的高度数据，利用道路的高度数据，生成位于不同高度的三维道路模型。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：道路的信息包括桥梁的桥墩的起始高度数据、桥墩的样式数据、桥墩的密度数据、高架的厚度数据，道路位置数据包括桥梁的坐标数据，根据桥梁的信息和桥梁的坐标数据，生成三维桥梁实体模型并将三维桥梁实体模型置于三维道路实体模型的相应位置上。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：三维道路实体模型包括交通信号灯实体模型，道路位置数据包括交通信号灯的坐标数据，根据交通信号灯的坐标数据，将交通信号灯实体模型置于三维道路实体模型的相应位置上。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：二维道路中心线数据包括二维道路中心线节点数据，当多个二维道路中心线节点位于同一直线道路上时，利用部分二维道路中心线节点数据，生成三维网格道路模型。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一项所述方法的步骤。

10.一种基于视觉与规则的三维道路建模的系统，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于获取道路厚度数据、道路位置数据及道路的属性数据；

二维数据获取模块，用于获取二维道路数据，所述二维道路数据包括二维道路中心线数据、二维道路交通标线数据；

生成模块，用于利用二维道路数据、道路厚度数据及道路位置数据，生成三维网格道路模型；

转换模块，用于依据道路的属性数据，将三维网格道路模型贴上相应的纹理，生成三维道路实体模型。

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