CN112927292A - 一种超快速las格式点云坐标转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超快速LAS格式点云坐标转换方法，包括设置处理多文件的线程个数，设置单文件多线程坐标转换的点数阈值。本发明通过对多个LAS格式点云文件进行多线程处理同时，同时对单个大文件进行多个子线程处理。根据设定的点数阈值，将大文件拆分成几个部分，多个线程读取多个LAS点云坐标，多个子线程同时转换同一文件的不同部分，从而实现点云坐标转换的超快速方法，极大地提高点云坐标转换的效率，节约点云预处理时间，为LAS格式点云数据叠加融合、共享交换和深度挖掘提供了便利，奠定了基础，提供了保障。
Description
技术领域
本发明涉及测绘地理信息及三维激光扫描相关领域，具体涉及一种超快速LAS格式点云坐标转换方法。
背景技术
随着社会的发展，尤其是科学技术的进步，大大促进了社会生产力的飞升发展。现如今，三维激光扫描技术在硬件装备、三维点云数据处理以及应用３个方面取得了巨大的进步，成为数字化时代下刻画复杂现实世界最为直接和重要的三维地理空间数据获取手段，其获取数据速度快、效率高、人工投入少，越来越多的项目如古建筑保护、河道测量和基坑监测等使用三维激光扫描技术，甚至综合使用多种三维激光扫描设备，取长补短，发挥不同设备的优势，从而全面获取区域内三维激光点云数据。
架站式激光扫描设备获取的点云数据是以扫描头为原点的相对坐标，车载激光扫描设备获取的点云数据与GPS POS轨迹数据融合后，会形成WGS84球面坐标经高斯投影后的平面坐标，机载LiDAR设备一般直接获取WGS84经纬度坐标经高斯投影或UTM投影后的平面坐标，而一般城市项目所采用的坐标系都是当地坐标系，而且点云采集的数据量一般比较大。
因此亟需研究一种快速支持通用点云文件坐标转换的方法，解决不同设备采集的点云交换与融合，提高项目生产的效率，便利数据的共享，打破点云处理软件之间的壁垒。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明为三维激光扫描项目提供一种支持用户自定义线程数的超快速LAS格式点云坐标转换方法，使得用户可以多线程处理多文件坐标转换，特别是对大文件的坐标转换，快速实现CGCS2000坐标系与当地坐标系的互转，从而提高数据交换与生产效率。
本发明的目的是这样实现的：
一种超快速LAS格式点云坐标转换方法，包括以下步骤：
步骤1 输入LAS格式点云文件：选择一个或者多个需要处理的同一坐标系下LAS格式点云文件；
步骤2 设置坐标转换参数：确定待转换LAS格式文件原始及目标平面坐标系和高程坐标系；若是点云投影换带计算，则确定投影前后点云的投影方式及中央子午线经度；
步骤3 确定转换模型及参数：根据输入的不同平面坐标系、高程坐标系、投影方式和中央子午线经度，确定坐标转换模型和转换参数；
步骤4 设置线程个数：根据实际运行电脑CPU核心数等性能参数，确定线程个数；
步骤5 设置点数阈值：该点数阈值是判断单个文件的点数有没有超过这个阈值；
步骤6 判断线程数n是否大于点云文件个数m，从而确定开启线程个数，跳转至步骤7；
步骤7 开启线程个数确定：若线程数大于文件个数，则开启m个线程，同时处理全部文件；若线程数小于文件个数，则先开启n个线程处理n个文件，等n个线程中有线程处理结束后，再开启线程处理未处理的文件，保证同步处理的线程数为n；
步骤8 判断线程内点数K是否大于阈值Y：若单个线程内的点云文件中点数K大于阈值Y，进行步骤9；反之，则线程内点云不用再开启子线程，直接处理，进行步骤11；
步骤9 计算单文件开启子线程数：计算点云点数是阈值Y的倍数，向上取整；根据倍数关系，确定对单个LAS文件坐标转换开启的线程个数p；
步骤10 新开启p个子线程，处理单个线程内点数超过阈值的LAS点云文件；
步骤11 线程内坐标转换：每个线程分别从LAS点云文件中点数阈值Y的整数倍索引值(0、1*Y、2*Y、3*Y…)开始，依次读取点信息，根据步骤3确定的转换模型及参数，进行坐标转换，得到新坐标,读取下一个整数倍索引值前一个位置停止；
步骤12 将转换后的新坐标写入目标LAS格式点云中，保留RGB、强度值、回波数和GPS时间等点原始信息；
步骤13 判断点云文件是否处理完毕：单个线程结束后，判断已处理的点云文件是否全部处理完毕，若没有，则返回步骤6继续执行，若全部处理完毕，则进行步骤14；
步骤14 完成全部LAS格式点云文件的坐标转换工作。
积极有益效果：本发明方法适用于通用LAS格式点云的坐标转换，转换后的点云数据普遍适用于绝大多数点云处理平台，普适性强；本发明可转换的坐标系类型包括当前最新的CGCS2000坐标系与当地各坐标系之间的平面坐标系互转、大地坐标系转换到1985国家高程坐标系、CGCS2000坐标系不同投影方式及投影分带之间的互转。可实现LAS点云文件的多线程转换，线程数可自定义，单个超大文件亦可多线程快速转换，转换效率极高，用户体验良好。
附图说明
图1 为本发明的方法的流程图；
图2 为LAS点云坐标转换流程图；
图3 为多个相同文件多线程坐标转换数据测试成果图；
图4 为单文件多线程坐标转换数据测试成果图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的说明：
实施例1
如图1-4所示，一种支持用户自定义线程数的超快速LAS格式点云坐标转换方法，开发基于Qt5.12.5平台，开发语言采用C++，LAS版本采用1.2设计开发。为了便于陈述本发明的技术方案的技术要点，下面以2019年南京市全市机载Lidar LAS点云成果中3个不同大小的点云文件转换为CGCS2000坐标系为例进行说明，包括以下步骤：
输入LAS格式点云文件：选择3个LAS格式点云文件，坐标系均为相同的地方坐标系，文件大小分别为1.06GB，2.69GB和6.0GB，文件点数分别为3368万、1.0亿、2.3亿，点数跨度较大，故可将1.06GB点云单独处理，2.69GB与6.0GB文件一起处理。
设置坐标转换参数：原始点云文件坐标系为地方坐标系，坐标椭球及中央经线根据地方坐标系确定，目标坐标系为CGCS2000,故设置目标椭球为CGCS2000椭球，经纬度根据当地中央经线计算。
确定转换模型及参数：本次坐标转换为当地平面坐标系转换为CGCS2000高斯投影坐标系，故根据控制点计算的转换参数，确定平面4参数转换模型及已知转换参数。
设置线程个数：测试电脑为Windows 10操作系统，拥有8核Core i7-6700处理器，考虑到点云转换效率，设置线程数为4。
设置点数阈值：1.06GB根据4个线程设定，设置点数阈值为1000万，其余2个文件点数阈值可设置为2600万。
对于输入的点云文件，线程数4均大于文件数，所以按照实际输入的文件数开启对应个数的线程。
开启线程个数确定。输入1.06GB点云文件，开启1个线程；同时输入2.69GB和6.0GB点云文件时，开启2个线程，总线程数小于4。
1.06GB点云点数为设定阈值的4倍，所以该文件处理时进行步骤9；2.69GB文件和6.0GB文件中点数同样超过设定的阈值，进入步骤9。
计算单文件开启子线程数：1.06GB点云点数开启4个子线程；对于2.69GB点云文件，点数为点数阈值的4倍，同样开启4个子线程处理；而6.0GB点云文件点数为阈值的8倍多，超过实际设定的线程个数4，故该文件实际开启4个子线程。
新开启子线程，各线程单独处理点云文件的不同部分。
线程内坐标转换：每个线程依次读取LAS点云文件中的点信息，4个子线程分别读取1.06GB文件的初始点号索引为(0、1000万、2000万、3000万)，4个子线程分别读取2.69GB文件和6.0GB的初始点号索引值为(0、2600万、3200万、5800万)，根据步骤3确定的转换模型及参数，进行坐标转换，得到新坐标，各线程处理完毕之后，再从未读取的点数阈值整数倍开始读取点信息，直至所有点处理完毕。
将转换后的新坐标写入目标LAS格式点云中，保留RGB、强度值、回波数和GPS时间等点原始信息。
判断点云文件是否处理完毕。单个线程结束后，判断已处理的点云文件是否全部处理完毕，若没有，则返回步骤6继续执行，若全部处理完毕，则进行步骤14。
完成全部LAS格式点云文件的坐标转换工作。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种超快速LAS格式点云坐标转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、输入LAS格式点云文件：选择一个或者多个需要处理的同一坐标系下LAS格式点云文件；
步骤2、设置坐标转换参数：确定待转换LAS格式文件原始及目标平面坐标系和高程坐标系：若是点云投影换带计算，则确定投影前后点云的投影方式及中央子午线经度；
步骤3、确定转换模型及参数：根据输入的不同平面坐标系、高程坐标系、投影方式和中央子午线经度，确定坐标转换模型和转换参数；
步骤4、设置线程个数：根据实际运行电脑CPU核心数等性能参数，确定线程个数；
步骤5、设置点数阈值：该点数阈值是判断单个文件的点数有没有超过这个阈值；
步骤6、判断线程数n是否大于点云文件个数m，从而确定开启线程个数，跳转至步骤7；
步骤7、开启线程个数确定：若线程数n大于文件个数m，则开启m个线程，同时处理全部文件；若线程数n小于文件个数m，则先开启n个线程处理n个文件，等n个线程中有线程处理结束后，再开启线程处理未处理的文件，保证同步处理的线程数为n；
步骤8、判断线程内点数K是否大于阈值Y：若单个线程内的点云文件中点数K大于阈值Y，进行步骤9；反之，则线程内点云不用再开启子线程，直接处理，进行步骤11；
步骤9、计算单文件开启子线程数：计算点云点数是阈值Y的倍数，向上取整；根据倍数关系，确定对单个LAS文件坐标转换开启的线程个数p；
步骤10、新开启p个子线程，处理单个线程内点数超过阈值的LAS点云文件；
步骤11、线程内坐标转换：每个线程分别从LAS点云文件中点数阈值Y的整数倍索引值(0、1*Y、2*Y、3*Y…)开始，依次读取点信息，根据步骤3确定的转换模型及参数，进行坐标转换，得到新坐标,读取下一个整数倍索引值的位置停止；
步骤12、将转换后的新坐标写入目标LAS格式点云中，保留RGB、强度值、回波数和GPS时间等点原始信息；
步骤13、判断点云文件是否处理完毕：单个线程结束后，判断已处理的点云文件是否全部处理完毕，若没有，则返回步骤6继续执行，若全部处理完毕，则进行步骤14；
步骤14、完成全部LAS格式点云文件的坐标转换工作。
2.根据权利要求1所述的一种超快速LAS格式点云坐标转换方法，其特征在于：适用于通用LAS格式点云文件的坐标转换，通用性强；不仅支持中国2000国家大地坐标系(以下简称CGCS2000坐标系)与地方坐标系等不同坐标系之间的坐标转换，还支持同一坐标系下，Gauss Kruger投影(简称高斯投影)与UTM投影之间投影方式的转换，以及同一投影方式下，坐标换带的转换。
3.根据权利要求1所述的一种超快速LAS格式点云坐标转换方法，其特征在于：可对输入的多个LAS格式点云文件进行多线程同时处理，提高坐标转换效率，加快转换速度，节约转换时间。
4.根据权利要求1所述的一种超快速LAS格式点云坐标转换方法，其特征在于：点云处理的线程个数可根据点云文件数量及电脑配置情况自行设定，提高了程序的灵活性及适应性。
5.根据权利要求1所述的一种超快速LAS格式点云坐标转换方法，其特征在于：程序启动后，根据需要开启设定个数的线程，只有当有线程结束时，才开启新的处理线程，保证同步线程个数与设定开启的个数保持一致。
6.根据权利要求1所述的一种超快速LAS格式点云坐标转换方法，其特征在于：单个线程内会根据点云文件中点数与阈值的倍数关系，再次开启多个子线程，线程内调用多个子线程，极大程度加快了点云转换的效率，特别是对大文件的转换效率。
7.根据权利要求1所述的一种超快速LAS格式点云坐标转换方法，其特征在于：单个线程内开启的多个子线程，会将点云文件按点数阈值Y拆分为几个部分，每个新开启子线程，根据点的起始索引序号(0、1*Y、2*Y、3*Y…)，开始读取点云，进行坐标转换，读取到下一个阈值整数倍停止，保证了各子线程之间有序进行。
8.根据权利要求1所述的一种超快速LAS格式点云坐标转换方法，其特征在于：点数阈值可根据需要实时设定，对不同文件大小的点云文件进行分组，根据每个组点云文件数量，设定不同的点云阈值，可有效加快点云处理速度。
9.根据权利要求1所述的一种超快速LAS格式点云坐标转换方法，其特征在于：单个线程内开启的多个子线程，多个子线程均需要同时打开LAS点云文件，每个子线程处理完毕之后，需要写入同一文件，该文件由同一个句柄打开，各子线程调用该句柄进行加锁写入，保证线程之间资源不占用，待所有子线程写入完毕后，由该句柄一次性关闭目标LAS点云文件，从而保证所有系线程有序写入同一点云文件中。
10.根据权利要求1所述的一种超快速LAS格式点云坐标转换方法，其特征在于：各线程开启后，都会与程序主线程进行通信，实时传输坐标转换进度及错误信息，保证了信息及时反馈。
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