CN112652064A - 海陆一体三维模型构建方法、装置、存储介质和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种海陆一体三维模型构建方法、装置、存储介质和电子设备，涉及海陆一体三维模型构建技术领域。通过机载激光雷达测深技术同步获取海陆一体的地形和数字影像，采用蓝绿激光可以同时接收陆地和水底的激光雷达回波，在软件的数据处理时，将陆地回波和海底回波进行一体化融合处理，因此可以直接生成陆地和海底无缝衔接的地形，无需对陆地和海底分别测量，三维模型构建的效率大大提升。利用机载激光测深技术直接得到了海陆一体的三维数字地形，无需进行陆地地形和海底地形平面基准统一、垂直基准统一、数据结构统一、数据空白区插值等复杂的处理过程，技术流程简单。
Description
技术领域
本发明涉及海陆一体三维模型构建技术领域，具体涉及一种海陆一体三维模型构建方法、装置、存储介质和电子设备。
背景技术
海陆一体三维模型首先需要获取海陆一体的数字地形，然后在地形数据上使用遥感影像或者其他影像进行纹理映射，生成三维数字模型。
在目前的方法中，对陆地地形和海底地形分别采用不同的技术进行采集，例如对于陆地地形使用激光雷达或者摄影测量的方法获取，对于水底地形使用船载多波束或单波束测量方法获取，然后将陆地地形和水底地形进行综合，最后再将影像映射到综合后的地形上生成三维模型。涉及到陆地地形和海底地形平面基准统一、垂直基准统一、数据结构统一、数据空白区插值等复杂的处理过程。
上述方法流程繁琐、对于海底地形数据获取采用船载测量技术，测量速度低、仪器测量覆盖范围窄，因此总体工作效率较低，而且在一些船只无法通行的浅水区和地形复杂区无法实现。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种海陆一体三维模型构建方法、装置、存储介质和电子设备，解决了现有的方法构建海陆一体三维模型的流程复杂，数据采集效率低的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，一种海陆一体三维模型构建方法，该方法包括：
同步获取海岸带海岛礁地区的机载激光雷达测深数据和数字影像；
基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像；
基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像；
以所述基础地形数据为基础，使用所述海底影像和所述陆地正射影像进行纹理映射，生成海陆一体三维模型。
可选的，所述基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像，包括如下步骤：
S2.1、基于采集的机载激光雷达测深数据、飞机的定位定姿数据和激光的指向信息，计算陆地、水面和水底的三维椭球坐标，生成原始激光点云数据；
S2.2、去除所述原始激光点云数据的水面点云数据和水底噪声，得到只包括陆地和水底的激光点云数据；
S2.3、基于所述只包括陆地和水底的激光点云数据，内插生成格网数字高程模型，作为用于构建海陆一体三维模型的基础地形数据；
S2.4、根据激光雷达点云数据上显示的瞬时平均海水面高程，将低于该高程值的地形作为水底数字高程模型，并对水底数字高程模型进行彩色渲染，将渲染后的彩色影像输出，作为海底影像。
可选的，所述基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像，包括如下步骤：
S3.1、对所述数字影像进行预处理和无控制空三解算，得到无控制点条件下的外方位元素和空三匹配点云数据；
S3.2、以S2.2中生成的激光点云数据作为控制点，进行有控制空三解算，得到优化后的外方位元素；
S3.3、基于优化后的外方位元素，生成陆地数字正射影像。
可选的，所述该方法还包括：
生成半透明的海面特效图层，将所述半透明的海面特效图层叠加在所述海陆一体三维模型上。
可选的，所述半透明的海面特效图层的高程与瞬时平均海水面高程相同。
可选的，所述对所述数字影像进行预处理包括：影像格式转换、影像增强和特征点匹配。
可选的，所述对水底数字高程模型进行彩色渲染包括：
利用GIS软件按高程值对水底数字高程模型进行彩色渲染。
第二方面，一种海陆一体三维模型构建装置，该装置包括：
数据采集模块，用于同步获取海岸带海岛礁地区的机载激光雷达测深数据和数字影像；
基础地形数据和海底影像生成模块，用于基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像；
陆地数字正射影像生成模块，用于基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像；
纹理映射模块，用于以所述基础地形数据为基础，使用所述海底影像和所述陆地正射影像进行纹理映射，生成海陆一体三维模型。
可选的，所述基础地形数据和海底影像生成模块基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像，包括如下步骤：
S2.1、基于采集的机载激光雷达测深数据、飞机的定位定姿数据和激光的指向信息，计算陆地、水面和水底的三维椭球坐标，生成原始激光点云数据；
S2.2、去除所述原始激光点云数据的水面点云数据和水底噪声，得到只包括陆地和水底的激光点云数据；
S2.3、基于所述只包括陆地和水底的激光点云数据，内插生成格网数字高程模型，作为用于构建海陆一体三维模型的基础地形数据；
S2.4、根据激光雷达点云数据上显示的瞬时平均海水面高程，将低于该高程值的地形作为水底数字高程模型，并对水底数字高程模型进行彩色渲染，将渲染后的彩色影像输出，作为海底影像。
可选的，所述陆地数字正射影像生成模块基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像，包括如下步骤：
S3.1、对所述数字影像进行预处理和无控制空三解算，得到无控制点条件下的外方位元素和空三匹配点云数据；
S3.2、以S2.2中生成的激光点云数据作为控制点，进行有控制空三解算，得到优化后的外方位元素；
S3.3、基于优化后的外方位元素，生成陆地数字正射影像。
可选的，该装置还包括：海面特效图层生成模块，用于生成半透明的海面特效图层，将所述半透明的海面特效图层叠加在所述海陆一体三维模型上。
可选的，所述海面特效图层生成模块生成的半透明的海面特效图层的高程与瞬时平均海水面高程相同。
可选的，所述陆地数字正射影像生成模块对所述数字影像进行预处理包括：影像格式转换、影像增强和特征点匹配。
可选的，所述纹理映射模块按高程值对水底数字高程模型进行彩色渲染。
第三方面，一种计算机可读存储介质，其存储用于构建海陆一体三维模型的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如下步骤：
同步获取海岸带海岛礁地区的机载激光雷达测深数据和数字影像；
基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像；
基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像；
以所述基础地形数据为基础，使用所述海底影像和所述陆地正射影像进行纹理映射，生成海陆一体三维模型。
第四方面，一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如下步骤：
同步获取海岸带海岛礁地区的机载激光雷达测深数据和数字影像；
基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像；
基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像；
以所述基础地形数据为基础，使用所述海底影像和所述陆地正射影像进行纹理映射，生成海陆一体三维模型。
(三)有益效果
本发明提供了一种海陆一体三维模型构建方法、装置、存储介质和电子设备。与现有技术相比，具备以下有益效果：
1)工作效率高。飞机工作飞行速率远大于以往船载测量效率，而且机载激光雷达测深技术可快速同步获取海陆一体的地形和数字影像，采用蓝绿激光可以同时接收陆地和水底的激光雷达回波，在软件的数据处理时，将陆地回波和海底回波进行一体化融合处理，因此可以直接生成陆地和海底无缝衔接的地形，无需对陆地和海底分别测量，因此，采用本方法构建三维模型的效率大大提升。
2)技术流程简单。利用机载激光测深技术直接得到了海陆一体的三维数字地形，无需进行陆地地形和海底地形平面基准统一、垂直基准统一、数据结构统一、数据空白区插值等复杂的处理过程，技术流程简单而明晰，易于操作。
3)不受海岸带海岛礁地区地理环境条件的限制。在浅水区和地形复杂等船只无法通行的地区，仍然可以构建海陆一体三维模型，不会存在模型的漏洞。
4)精度高。解决了海陆一体激光雷达的数字高程模型和数字相机的数字正射影像之间的空间位置配准问题，在数字正射影像处理的空三平差环节，利用同步获取的水深激光雷达点云对空三平差进行控制，直接得到更准确的空三平差结果，然后在正射纠正时，就可以直接得到和数字高程模型空间位置配准的数字影像了，可以直接用于三维建模，提高了影像数据和激光雷达点云数据的配准精度，从而提高了影像纹理映射时和数字地形的贴合度，使得陆地三维模型的精度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明实施例的流程图。
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，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。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。
本申请实施例通过提供一种海陆一体三维模型构建方法、装置、存储介质和电子设备，解决了现有技术构建海陆一体三维模型的流程复杂，数据采集效率低的问题，以快速构建海陆一体三维模型。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：采用机载激光雷达测深技术可快速同步获取海陆一体的地形和数字影像，采用蓝绿激光可以同时接收陆地和水底的激光雷达回波，在软件的数据处理时，将陆地回波和海底回波进行一体化融合处理，因此可以直接生成陆地和海底无缝衔接的地形，无需对陆地和海底分别测量，因此，采用本方法构建三维模型的效率大大提升。直接得到了海陆一体的三维数字地形，无需进行陆地地形和海底地形平面基准统一、垂直基准统一、数据结构统一、数据空白区插值等复杂的处理过程，技术流程简单而明晰，易于操作。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
如图1所示，本发明提供了一种海陆一体三维模型构建方法，该方法由计算机执行，该方法包括：
同步获取海岸带海岛礁地区的机载激光雷达测深数据和数字影像；
基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像；
基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像；
以所述基础地形数据为基础，使用所述海底影像和所述陆地正射影像进行纹理映射，生成海陆一体三维模型。
本实施例的有益效果为：
1)工作效率高。飞机工作飞行速率远大于以往船载测量效率，而且机载激光雷达测深技术可快速同步获取海陆一体的地形和数字影像，采用蓝绿激光可以同时接收陆地和水底的激光雷达回波，在软件的数据处理时，将陆地回波和海底回波进行一体化融合处理，因此可以直接生成陆地和海底无缝衔接的地形，无需对陆地和海底分别测量，因此，采用本方法构建三维模型的效率大大提升。
2)技术流程简单。本方法数据处理流程简单，利用机载激光测深技术直接得到了海陆一体的三维数字地形，无需进行陆地地形和海底地形平面基准统一、垂直基准统一、数据结构统一、数据空白区插值等复杂的处理过程，技术流程简单而明晰，易于操作。
3)不受海岸带海岛礁地区地理环境条件的限制。在浅水区和地形复杂等船只无法通行的地区，仍然可以构建海陆一体三维模型，不会存在模型的漏洞。
4)精度高。解决了海陆一体激光雷达的数字高程模型和数字相机的数字正射影像之间的空间位置配准问题，在数字正射影像处理的空三平差环节，利用同步获取的水深激光雷达点云对空三平差进行控制，直接得到更准确的空三平差结果，然后在正射纠正时，就可以直接得到和数字高程模型空间位置配准的数字影像了，可以直接用于三维建模，提高了影像数据和激光雷达点云数据的配准精度，从而提高了影像纹理映射时和数字地形的贴合度，使得陆地三维模型的精度更高。
下面对本发明实施例的实现过程进行详细说明：
S1、同步获取海岸带海岛礁地区的机载激光雷达测深数据和数字影像；
具体的，以往的激光雷达，采用的是红外波段，只接受陆地回波，无法穿透水体，因此只能得到陆地地形。由于机载激光雷达测深装置采用蓝绿激光可以同时接收陆地和水底的激光雷达回波，可实现机载激光雷达测深数据和数字影像进行同步采集，在软件的数据处理时，将陆地回波和海底回波进行一体化融合处理，进而可直接生成陆地和海底无缝衔接的地形。同时，飞机工作飞行速率远大于以往船载测量效率，相比于现有的船载测量技术，不仅速度更快，而且对于地形复杂、船载测量无法到达的区域，同样能够适用。
S2、基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像；
具体包括如下步骤：
S2.1、基于采集的机载激光雷达测深数据、飞机的定位定姿数据和激光的指向信息，自动计算陆地、水面和水底的三维椭球坐标，生成原始激光点云数据；
S2.2、去除所述原始激光点云数据的水面点云数据和水底噪声，得到只包括陆地和水底的激光点云数据；
具体的，水面点云数据和水底噪声的去除可通过人工手动编辑，需要注意的是，由于激光点云数据需要用作数字影像空三的控制，陆地部分的点云不进行植被、建筑物等的滤波处理。且所述只包括陆地和水底的激光点云数据为las格式。
S2.3、基于所述只包括陆地和水底的激光点云数据，内插生成格网数字高程模型，作为用于构建海陆一体三维模型的基础地形数据。
S2.4、根据激光雷达点云数据上显示的瞬时平均海水面高程，将低于该高程值的地形作为水底数字高程模型，并对水底数字高程模型进行彩色渲染，将渲染后的彩色影像输出，作为海底影像。
具体的，彩色渲染可通过GIS软件按照高程值进行渲染。
S3、基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像；
具体包括如下步骤：
S3.1、采用常规的摄影测量软件对所述数字影像进行预处理和无控制空三解算，得到无控制点条件下的外方位元素和空三匹配点云数据；此时得到的是低精度的外方位元素；所述预处理包括：影像格式转换、影像增强和特征点匹配。
S3.2、以所述只包括陆地和水底的激光点云数据作为控制点，进行有控制空三解算，得到优化后的外方位元素；此时得到的是高精度的外方位元素；
S3.3、基于优化后的外方位元素，利用传统摄影测量软件生成陆地数字正射影像。
现有的方法是在数字正射影像正射纠正得到结果影像之后，再在数字高程模型上选择控制点，采用多项式纠正的方法实现数字影像和数字高程模型的空间位置配准，即在数字高程模型上和数字正射影像上选择对应的同名点(即空间位置和影像特征相同的点)，然后以数字高程模型为参考，建立影像坐标和数字高程模型直接的二次多项式关系模型，利用这个关系模型对数字影像的坐标进行纠正，使之与数字高程模型保持一致，这个过程需要对影像进行重采样，重采样必然会造成影像质量的下降。而且多项式纠正和选择控制点数量和空间分布有关系，建立的二次多项式模型会有一定误差，所以配准精度有限。
而本实施例是在数字正射影像处理的空三平差环节，利用同步获取的水深激光雷达点云对空三平差进行控制，直接得到更准确的空三平差结果，然后在正射纠正时，就可以直接得到和数字高程模型空间位置配准的数字影像了，可以直接用于三维建模。提高了精度，优化了流程。
S4、以所述基础地形数据为基础，使用所述海底影像和所述陆地正射影像进行纹理映射，生成海陆一体三维模型。
S5、生成半透明的海面特效图层，将所述半透明的海面特效图层叠加在所述海陆一体三维模型上，达到区分陆地和海底的效果。
具体的，所述海面特效图层的高程与激光雷达实测瞬时平均海水面高程相同。
实施例2：
一种海陆一体三维模型构建装置，该装置包括：
数据采集模块，用于同步获取海岸带海岛礁地区的机载激光雷达测深数据和数字影像；
基础地形数据和海底影像生成模块，用于基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像；
可选的，所述基础地形数据和海底影像生成模块基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像，包括如下步骤：
S2.1、基于采集的机载激光雷达测深数据、飞机的定位定姿数据和激光的指向信息，计算陆地、水面和水底的三维椭球坐标，生成原始激光点云数据；
S2.2、去除所述原始激光点云数据的水面点云数据和水底噪声，得到只包括陆地和水底的激光点云数据；
S2.3、基于所述只包括陆地和水底的激光点云数据，内插生成格网数字高程模型，作为用于构建海陆一体三维模型的基础地形数据；
S2.4、根据激光雷达点云数据上显示的瞬时平均海水面高程，将低于该高程值的地形作为水底数字高程模型，并对水底数字高程模型进行彩色渲染，将渲染后的彩色影像输出，作为海底影像。
陆地数字正射影像生成模块，用于基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像；
可选的，所述陆地数字正射影像生成模块基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像，包括如下步骤：
S3.1、对所述数字影像进行预处理和无控制空三解算，得到无控制点条件下的外方位元素和空三匹配点云数据；
可选的，所述陆地数字正射影像生成模块对所述数字影像进行预处理包括：影像格式转换、影像增强和特征点匹配。
S3.2、以S2.2中生成的激光点云数据作为控制点，进行有控制空三解算，得到优化后的外方位元素；
S3.3、基于优化后的外方位元素，生成陆地数字正射影像。
纹理映射模块，用于以所述基础地形数据为基础，使用所述海底影像和所述陆地正射影像进行纹理映射，生成海陆一体三维模型。
可选的，所述纹理映射模块按高程值对水底数字高程模型进行彩色渲染。
可选的，该装置还包括：海面特效图层生成模块，用于生成半透明的海面特效图层，将所述半透明的海面特效图层叠加在所述海陆一体三维模型上。
可选的，所述海面特效图层生成模块生成的半透明的海面特效图层的高程与瞬时平均海水面高程相同。
可理解的是，本发明实施例提供的海陆一体三维模型构建装置与上述海陆一体三维模型构建方法相对应，其有关内容的解释、举例、有益效果等部分可以参考海陆一体三维模型构建方法中的相应内容，此处不再赘述。
实施例3：
一种计算机可读存储介质，其存储用于构建海陆一体三维模型的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如下步骤：
同步获取海岸带海岛礁地区的机载激光雷达测深数据和数字影像；
基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像；
基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像；
以所述基础地形数据为基础，使用所述海底影像和所述陆地正射影像进行纹理映射，生成海陆一体三维模型。
可选的，所述基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像，包括如下步骤：
S2.1、基于采集的机载激光雷达测深数据、飞机的定位定姿数据和激光的指向信息，计算陆地、水面和水底的三维椭球坐标，生成原始激光点云数据；
S2.2、去除所述原始激光点云数据的水面点云数据和水底噪声，得到只包括陆地和水底的激光点云数据；
S2.3、基于所述只包括陆地和水底的激光点云数据，内插生成格网数字高程模型，作为用于构建海陆一体三维模型的基础地形数据；
S2.4、根据激光雷达点云数据上显示的瞬时平均海水面高程，将低于该高程值的地形作为水底数字高程模型，并对水底数字高程模型进行彩色渲染，将渲染后的彩色影像输出，作为海底影像。
可选的，所述基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像，包括如下步骤：
S3.1、对所述数字影像进行预处理和无控制空三解算，得到无控制点条件下的外方位元素和空三匹配点云数据；
S3.2、以S2.2中生成的激光点云数据作为控制点，进行有控制空三解算，得到优化后的外方位元素；
S3.3、基于优化后的外方位元素，生成陆地数字正射影像。
可选的，所述该方法还包括：
生成半透明的海面特效图层，将所述半透明的海面特效图层叠加在所述海陆一体三维模型上。
可选的，所述半透明的海面特效图层的高程与瞬时平均海水面高程相同。
可选的，所述对所述数字影像进行预处理包括：影像格式转换、影像增强和特征点匹配。
可选的，所述对水底数字高程模型进行彩色渲染包括：
利用GIS软件按高程值对水底数字高程模型进行彩色渲染。
实施例4：
一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如下步骤：
同步获取海岸带海岛礁地区的机载激光雷达测深数据和数字影像；
基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像；
基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像；
以所述基础地形数据为基础，使用所述海底影像和所述陆地正射影像进行纹理映射，生成海陆一体三维模型。
可选的，所述基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像，包括如下步骤：
S2.1、基于采集的机载激光雷达测深数据、飞机的定位定姿数据和激光的指向信息，计算陆地、水面和水底的三维椭球坐标，生成原始激光点云数据；
S2.2、去除所述原始激光点云数据的水面点云数据和水底噪声，得到只包括陆地和水底的激光点云数据；
S2.3、基于所述只包括陆地和水底的激光点云数据，内插生成格网数字高程模型，作为用于构建海陆一体三维模型的基础地形数据；
S2.4、根据激光雷达点云数据上显示的瞬时平均海水面高程，将低于该高程值的地形作为水底数字高程模型，并对水底数字高程模型进行彩色渲染，将渲染后的彩色影像输出，作为海底影像。
可选的，所述基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像，包括如下步骤：
S3.1、对所述数字影像进行预处理和无控制空三解算，得到无控制点条件下的外方位元素和空三匹配点云数据；
S3.2、以S2.2中生成的激光点云数据作为控制点，进行有控制空三解算，得到优化后的外方位元素；
S3.3、基于优化后的外方位元素，生成陆地数字正射影像。
可选的，所述该方法还包括：
生成半透明的海面特效图层，将所述半透明的海面特效图层叠加在所述海陆一体三维模型上。
可选的，所述半透明的海面特效图层的高程与瞬时平均海水面高程相同。
可选的，所述对所述数字影像进行预处理包括：影像格式转换、影像增强和特征点匹配。
可选的，所述对水底数字高程模型进行彩色渲染包括：
利用GIS软件按高程值对水底数字高程模型进行彩色渲染。
综上所述，与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
1)工作效率高。飞机工作飞行速率远大于以往船载测量效率，而且机载激光雷达测深技术可快速同步获取海陆一体的地形和数字影像，采用蓝绿激光可以同时接收陆地和水底的激光雷达回波，在软件的数据处理时，将陆地回波和海底回波进行一体化融合处理，因此可以直接生成陆地和海底无缝衔接的地形，无需对陆地和海底分别测量，因此，模型构建的效率大大提升。
2)技术流程简单。本方法数据处理流程简单，利用机载激光测深技术直接得到了海陆一体的三维数字地形，无需进行陆地地形和海底地形平面基准统一、垂直基准统一、数据结构统一、数据空白区插值等复杂的处理过程，技术流程简单而明晰，易于操作。
3)不受海岸带海岛礁地区地理环境条件的限制。在浅水区和地形复杂等船只无法通行的地区，仍然可以构建海陆一体三维模型，不会存在模型的漏洞。
4)精度高。解决了海陆一体激光雷达的数字高程模型和数字相机的数字正射影像之间的空间位置配准问题，本发明在数字正射影像处理的空三平差环节，利用同步获取的水深激光雷达点云对空三平差进行控制，直接得到更准确的空三平差结果，然后在正射纠正时，就可以直接得到和数字高程模型空间位置配准的数字影像了，可以直接用于三维建模，提高了影像数据和激光雷达点云数据的配准精度，从而提高了影像纹理映射时和数字地形的贴合度，使得陆地三维模型的精度更高。
需要说明的是，通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (16)
1.一种海陆一体三维模型构建方法，其特征在于，该方法包括：
同步获取海岸带海岛礁地区的机载激光雷达测深数据和数字影像；
基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像；
基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像；
以所述基础地形数据为基础，使用所述海底影像和所述陆地正射影像进行纹理映射，生成海陆一体三维模型。
2.如权利要求1所述的一种海陆一体三维模型构建方法，其特征在于，所述基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像，包括如下步骤：
S2.1、基于采集的机载激光雷达测深数据、飞机的定位定姿数据和激光的指向信息，计算陆地、水面和水底的三维椭球坐标，生成原始激光点云数据；
S2.2、去除所述原始激光点云数据的水面点云数据和水底噪声，得到只包括陆地和水底的激光点云数据；
S2.3、基于所述只包括陆地和水底的激光点云数据，内插生成格网数字高程模型，作为用于构建海陆一体三维模型的基础地形数据；
S2.4、根据激光雷达点云数据上显示的瞬时平均海水面高程，将低于该高程值的地形作为水底数字高程模型，并对水底数字高程模型进行彩色渲染，将渲染后的彩色影像输出，作为海底影像。
3.如权利要求2所述的一种海陆一体三维模型构建方法，其特征在于，所述基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像，包括如下步骤：
S3.1、对所述数字影像进行预处理和无控制空三解算，得到无控制点条件下的外方位元素和空三匹配点云数据；
S3.2、以S2.2中生成的激光点云数据作为控制点，进行有控制空三解算，得到优化后的外方位元素；
S3.3、基于优化后的外方位元素，生成陆地数字正射影像。
4.如权利要求1所述的一种海陆一体三维模型构建方法，其特征在于，所述该方法还包括：
生成半透明的海面特效图层，将所述半透明的海面特效图层叠加在所述海陆一体三维模型上。
5.如权利要求4所述的一种海陆一体三维模型构建方法，其特征在于，所述半透明的海面特效图层的高程与瞬时平均海水面高程相同。
6.如权利要求3所述的一种海陆一体三维模型构建方法，其特征在于，所述对所述数字影像进行预处理包括：影像格式转换、影像增强和特征点匹配。
7.如权利要求2所述的一种海陆一体三维模型构建方法，其特征在于，所述对水底数字高程模型进行彩色渲染包括：
利用GIS软件按高程值对水底数字高程模型进行彩色渲染。
8.一种海陆一体三维模型构建装置，其特征在于，该装置包括：
数据采集模块，用于同步获取海岸带海岛礁地区的机载激光雷达测深数据和数字影像；
基础地形数据和海底影像生成模块，用于基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像；
陆地数字正射影像生成模块，用于基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像；
纹理映射模块，用于以所述基础地形数据为基础，使用所述海底影像和所述陆地正射影像进行纹理映射，生成海陆一体三维模型。
9.如权利要求8所述的一种海陆一体三维模型构建装置，其特征在于，所述基础地形数据和海底影像生成模块基于所述机载激光雷达测深数据生成海陆一体三维模型的基础地形数据和海底影像，包括如下步骤：
S2.1、基于采集的机载激光雷达测深数据、飞机的定位定姿数据和激光的指向信息，计算陆地、水面和水底的三维椭球坐标，生成原始激光点云数据；
S2.2、去除所述原始激光点云数据的水面点云数据和水底噪声，得到只包括陆地和水底的激光点云数据；
S2.3、基于所述只包括陆地和水底的激光点云数据，内插生成格网数字高程模型，作为用于构建海陆一体三维模型的基础地形数据；
S2.4、根据激光雷达点云数据上显示的瞬时平均海水面高程，将低于该高程值的地形作为水底数字高程模型，并对水底数字高程模型进行彩色渲染，将渲染后的彩色影像输出，作为海底影像。
10.如权利要求9所述的一种海陆一体三维模型构建装置，其特征在于，所述陆地数字正射影像生成模块基于所述机载激光雷达测深数据和数字影像生成陆地数字正射影像，包括如下步骤：
S3.1、对所述数字影像进行预处理和无控制空三解算，得到无控制点条件下的外方位元素和空三匹配点云数据；
S3.2、以S2.2中生成的激光点云数据作为控制点，进行有控制空三解算，得到优化后的外方位元素；
S3.3、基于优化后的外方位元素，生成陆地数字正射影像。
11.如权利要求8所述的一种海陆一体三维模型构建装置，其特征在于，该装置还包括：海面特效图层生成模块，用于生成半透明的海面特效图层，将所述半透明的海面特效图层叠加在所述海陆一体三维模型上。
12.如权利要求11所述的一种海陆一体三维模型构建装置，其特征在于，所述海面特效图层生成模块生成的半透明的海面特效图层的高程与瞬时平均海水面高程相同。
13.如权利要求10所述的一种海陆一体三维模型构建装置，其特征在于，所述陆地数字正射影像生成模块对所述数字影像进行预处理包括：影像格式转换、影像增强和特征点匹配。
14.如权利要求9所述的一种海陆一体三维模型构建装置，其特征在于，所述纹理映射模块按高程值对水底数字高程模型进行彩色渲染。
15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储用于构建海陆一体三维模型的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如权利要求1-7任一项所述的海陆一体三维模型构建方法。
16.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1-7任一项所述的海陆一体三维模型构建方法。
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- 2020-12-07 CN CN202011414879.6A patent/CN112652064B/zh active Active
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