CN114492070A - 一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术与装置,包括:采集目标测绘地理位置的全景图像并转换为图像数据;提取目标测绘地理信息数据;获取处理后数据;在计算机上创建三维测绘平台,构建基于测绘地理信息的模型;将图像数据导入至三维测绘平台内;再将建立好的测绘地理信息的模型数据以及图像数据进行存储,之后将这些原始数据通过程序读入至三维测绘平台内;通过三维空间与目标测绘位置的尺寸转换关系确定具体的距离。本发明所述的一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术与装置,能够快速从图像数据中提取测绘地理信息数据,可以获取到高精度的结果,无需再进行实地测量,提高了查询和分析的效率,可推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及测绘地理信息技术领域,特别涉及一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术与装置。
背景技术
地理信息是用来描述现实世界各种目标的空间位置和分布情况的信息,是人类最重要的、基础性的信息资源之一,在人类的社会实践中,人们通常采用测量方法来获取现实中的地理信息。
现有技术中,对地理位置上的任意两个位置上的距离、角度进行实地测绘时,通常采用全站仪等一些测量工具放置在预定的两个位置上然后进行测量,之后将测量的数据进行计算,在这个过程中,若测量的位置产生变化时,测量的工作需要重新进行测量,导致整个测量过程的效率较低。故此,我们提出了一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术与装置。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术与装置,可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术,包括以下步骤:
步骤一、采集目标测绘地理位置的全景图像并转换为图像数据;
步骤二、提取目标测绘地理信息数据,提取测绘地理数据的灰度特征、纹理特征和空间关系特征;
步骤三、根据灰度特征、纹理特征和空间关系特征的表示,采用标准差方法将各个纪录值减去纪录值平均值,再除以纪录值标准差,获取处理后数据;
步骤四、在计算机上创建三维测绘平台,并根据所述处理后数据,再确定三维测绘平台与测绘位置的尺寸转换关系,以按照一定的比例构建基于测绘地理信息的模型;
步骤五、将图像数据导入至三维测绘平台内,并将图像中的每帧数据及与该帧所对应的测绘地理信息的模型中的数据存储至三维测绘平台内;
步骤六、再将建立好的测绘地理信息的模型数据以及图像数据进行存储,以得到支撑三维测绘平台的原始数据,之后将这些原始数据通过程序读入至三维测绘平台内;
步骤七、在创建好的三维测绘平台内,需要进行测量的具体位置之间的距离时,便可在三维测绘平台内拾取这些位置的具体坐标以计算这些位置在虚拟状态下的距离,最后通过三维空间与目标测绘位置的尺寸转换关系确定具体的距离。
优选的,在所述步骤一中,测绘位置的全景图像采集采用无人机搭载带有若干镜头的摄像机拍摄,且拍摄过程中,无人机由低到高进行移动。
优选的,在所述步骤一中,所述摄像机的若干镜头包括一个主镜头及若干分镜头,主镜头呈竖直向下设置,若干分镜头以主镜头为圆心呈周向均匀分布,且若干分镜头朝主镜头方向倾斜。
优选的,在所述步骤二中,在提取目标测绘地理信息数据前的步骤前,还包括:判断所述图像数据数据是否存在缺失数据、重复数据或异常数据,若是,则需要对所述缺失数据、重复数据或异常数据进行处理。
优选的,所述缺失数据、重复数据或异常数据的具体处理处理方法为:
步骤一、判断所述空间型数据是否存在缺失数据,如果是,执行步骤二;如果否,执行步骤三;
步骤二、对所述空间型数据采用线性回归法填补缺失数据,执行步骤三;
步骤三、对同类别数据进行对比分析,判断在预设误差范围内是否存在重复记录,如果是,执行步骤四;如果否,执行步骤五;
步骤四、删除所述重复记录,执行步骤五;
步骤五、对所述异常数据进行检测,当存在异常点时,删除所述异常点。
优选的,在所述步骤二中,在提取测绘地理数据的灰度特征、纹理特征和空间关系特征的步骤前,还包括:对测绘地理数据进行预处理,具体为:滤波除燥、直方图均衡化、地图扫描影像的几何纠正、电子地图影像地理坐标与遥感影像像素坐标之间映射关系的建立。
优选的,在所述步骤二中,提取测绘地理数据的灰度特征的方法包括计算灰度平均值和方差;提取测绘地理数据的纹理特征的方法为灰度差分统计法;提取测绘地理数据的空间关系特征的方法为:(1)将图像均匀地划分为若干规则子块;(2)然后对每个图像子块提取特征,并建立索引。
优选的,所述灰度差分统计法的计算公式为gΔ(x,y)=g(x,y)-g(x+Δx,y+Δy),其中g(x,y)为图像中(x,y)位置的像素值,Δx、Δy分别是x、y方向上的偏移量,gΔ(x,y)表示(x,y)与其微小偏移点(x+Δx,y+Δy)的灰度差值。
优选的,在所述步骤四中,所述三维测绘平台与测绘位置尺寸转换关系的方式为,先测量现实场景中的某一实物的实际尺寸,再利用三维模型查找出与该实物对应的模拟图像,并确定该图像在三维模型中的尺寸,之后计算实物的实际尺寸与图像在三维模型中的尺寸比例关系即为所构建三维测绘平台与现实场景的尺寸转换关系。
一种高精度测绘地理信息虚拟仿真装置,包括:
主控终端:用于数据处理及控制无人机的运动;
位置信息确定单元:耦接于所述主控终端并用于确定需要精确测量的地理位置;
驱动单元:耦接于所述主控终端并通过所述位置信息确定单元得到具体的地理位置后驱动无人机朝该地理位置运动;
精细图像转换单元:耦接于所述主控终端并于所述驱动单元驱动无人机运动至需要精确测量的地理位置后,对摄像机二次拍摄的图像进行精细化处理;
飞行显示单元:内置有测绘位置地图,且耦接于所述主控终端并以当前无人机所在位置为起点,需要精确测量的地理位置为终点于测绘位置地图上进行显示;
飞行轨迹单元:耦接于所述主控终端并用于规划当前无人机所在位置到需要精确测量的地理位置之间的若干飞行路线并于飞行显示单元中显示
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
通过能够快速从图像数据中提取测绘地理信息数据,并对海量地理信息数据进行灰度特征、纹理特征和空间关系特征进行加工处理,实现了从图像数据转换为空间、地理特征及其组成关系,构建了地理信息的模型,使得用户在使用地理信息的模型时,可以获取到高精度的结果,并且整个测量过程可直接在计算机内进行,而无需再进行实地测量,有利于提高测量的效率,且通过计算机精确计算后的任意位置的距离精确度更高,提高了查询和分析的效率,可推广使用。
附图说明
图1为本发明一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术的流程图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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,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”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,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。
实施例
如图1所示,一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术,包括以下步骤:
步骤一、采集目标测绘地理位置的全景图像并转换为图像数据;测绘位置的全景图像采集采用无人机搭载带有若干镜头的摄像机拍摄,且拍摄过程中,无人机由低到高进行移动;摄像机的若干镜头包括一个主镜头及若干分镜头,主镜头呈竖直向下设置,若干分镜头以主镜头为圆心呈周向均匀分布,且若干分镜头朝主镜头方向倾斜;
步骤二、提取目标测绘地理信息数据,提取测绘地理数据的灰度特征、纹理特征和空间关系特征;
在提取目标测绘地理信息数据前的步骤前,还包括:判断图像数据数据是否存在缺失数据、重复数据或异常数据,若是,则需要对缺失数据、重复数据或异常数据进行处理;
缺失数据、重复数据或异常数据的具体处理处理方法为:
步骤一、判断空间型数据是否存在缺失数据,如果是,执行步骤二;如果否,执行步骤三;
步骤二、对空间型数据采用线性回归法填补缺失数据,执行步骤三;
步骤三、对同类别数据进行对比分析,判断在预设误差范围内是否存在重复记录,如果是,执行步骤四;如果否,执行步骤五;
步骤四、删除重复记录,执行步骤五;
步骤五、对异常数据进行检测,当存在异常点时,删除异常点。
在提取测绘地理数据的灰度特征、纹理特征和空间关系特征的步骤前,还包括:对测绘地理数据进行预处理,具体为:滤波除燥、直方图均衡化、地图扫描影像的几何纠正、电子地图影像地理坐标与遥感影像像素坐标之间映射关系的建立;
提取测绘地理数据的灰度特征的方法包括计算灰度平均值和方差;提取测绘地理数据的纹理特征的方法为灰度差分统计法;提取测绘地理数据的空间关系特征的方法为:(1)将图像均匀地划分为若干规则子块;(2)然后对每个图像子块提取特征,并建立索引;灰度差分统计法的计算公式为gΔ(x,y)=g(x,y)-g(x+Δx,y+Δy),其中g(x,y)为图像中(x,y)位置的像素值,Δx、Δy分别是x、y方向上的偏移量,gΔ(x,y)表示(x,y)与其微小偏移点(x+Δx,y+Δy)的灰度差值;
步骤三、根据灰度特征、纹理特征和空间关系特征的表示,采用标准差方法将各个纪录值减去纪录值平均值,再除以纪录值标准差,获取处理后数据;
步骤四、在计算机上创建三维测绘平台,并根据处理后数据,再确定三维测绘平台与测绘位置的尺寸转换关系,以按照一定的比例构建基于测绘地理信息的模型;三维测绘平台与测绘位置尺寸转换关系的方式为,先测量现实场景中的某一实物的实际尺寸,再利用三维模型查找出与该实物对应的模拟图像,并确定该图像在三维模型中的尺寸,之后计算实物的实际尺寸与图像在三维模型中的尺寸比例关系即为所构建三维测绘平台与现实场景的尺寸转换关系;
步骤五、将图像数据导入至三维测绘平台内,并将图像中的每帧数据及与该帧所对应的测绘地理信息的模型中的数据存储至三维测绘平台内;
步骤六、再将建立好的测绘地理信息的模型数据以及图像数据进行存储,以得到支撑三维测绘平台的原始数据,之后将这些原始数据通过程序读入至三维测绘平台内;
步骤七、在创建好的三维测绘平台内,需要进行测量的具体位置之间的距离时,便可在三维测绘平台内拾取这些位置的具体坐标以计算这些位置在虚拟状态下的距离,最后通过三维空间与目标测绘位置的尺寸转换关系确定具体的距离。
一种高精度测绘地理信息虚拟仿真装置,包括:
主控终端:用于数据处理及控制无人机的运动;
位置信息确定单元:耦接于主控终端并用于确定需要精确测量的地理位置;
驱动单元:耦接于主控终端并通过位置信息确定单元得到具体的地理位置后驱动无人机朝该地理位置运动;
精细图像转换单元:耦接于主控终端并于驱动单元驱动无人机运动至需要精确测量的地理位置后,对摄像机二次拍摄的图像进行精细化处理;
飞行显示单元:内置有测绘位置地图,且耦接于主控终端并以当前无人机所在位置为起点,需要精确测量的地理位置为终点于测绘位置地图上进行显示;
飞行轨迹单元:耦接于主控终端并用于规划当前无人机所在位置到需要精确测量的地理位置之间的若干飞行路线并于飞行显示单元中显示。
本发明通过能够快速从图像数据中提取测绘地理信息数据,并对海量地理信息数据进行灰度特征、纹理特征和空间关系特征进行加工处理,实现了从图像数据转换为空间、地理特征及其组成关系,构建了地理信息的模型,使得用户在使用地理信息的模型时,可以获取到高精度的结果,并且整个测量过程可直接在计算机内进行,而无需再进行实地测量,有利于提高测量的效率,且通过计算机精确计算后的任意位置的距离精确度更高,提高了查询和分析的效率,可推广使用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和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,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一、采集目标测绘地理位置的全景图像并转换为图像数据;
步骤二、提取目标测绘地理信息数据,提取测绘地理数据的灰度特征、纹理特征和空间关系特征;
步骤三、根据灰度特征、纹理特征和空间关系特征的表示,采用标准差方法将各个纪录值减去纪录值平均值,再除以纪录值标准差,获取处理后数据;
步骤四、在计算机上创建三维测绘平台,并根据所述处理后数据,再确定三维测绘平台与测绘位置的尺寸转换关系,以按照一定的比例构建基于测绘地理信息的模型;
步骤五、将图像数据导入至三维测绘平台内,并将图像中的每帧数据及与该帧所对应的测绘地理信息的模型中的数据存储至三维测绘平台内;
步骤六、再将建立好的测绘地理信息的模型数据以及图像数据进行存储,以得到支撑三维测绘平台的原始数据,之后将这些原始数据通过程序读入至三维测绘平台内;
步骤七、在创建好的三维测绘平台内,需要进行测量的具体位置之间的距离时,便可在三维测绘平台内拾取这些位置的具体坐标以计算这些位置在虚拟状态下的距离,最后通过三维空间与目标测绘位置的尺寸转换关系确定具体的距离。
2.根据权利要求1所述的一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术,其特征在于:在所述步骤一中,测绘位置的全景图像采集采用无人机搭载带有若干镜头的摄像机拍摄,且拍摄过程中,无人机由低到高进行移动。
3.根据权利要求1所述的一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术,其特征在于:在所述步骤一中,所述摄像机的若干镜头包括一个主镜头及若干分镜头,主镜头呈竖直向下设置,若干分镜头以主镜头为圆心呈周向均匀分布,且若干分镜头朝主镜头方向倾斜。
4.根据权利要求1所述的一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术,其特征在于:在所述步骤二中,在提取目标测绘地理信息数据前的步骤前,还包括:判断所述图像数据数据是否存在缺失数据、重复数据或异常数据,若是,则需要对所述缺失数据、重复数据或异常数据进行处理。
5.根据权利要求4所述的一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术,其特征在于:所述缺失数据、重复数据或异常数据的具体处理处理方法为:
步骤一、判断所述空间型数据是否存在缺失数据,如果是,执行步骤二;如果否,执行步骤三;
步骤二、对所述空间型数据采用线性回归法填补缺失数据,执行步骤三;
步骤三、对同类别数据进行对比分析,判断在预设误差范围内是否存在重复记录,如果是,执行步骤四;如果否,执行步骤五;
步骤四、删除所述重复记录,执行步骤五;
步骤五、对所述异常数据进行检测,当存在异常点时,删除所述异常点。
6.根据权利要求1所述的一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术,其特征在于:在所述步骤二中,在提取测绘地理数据的灰度特征、纹理特征和空间关系特征的步骤前,还包括:对测绘地理数据进行预处理,具体为:滤波除燥、直方图均衡化、地图扫描影像的几何纠正、电子地图影像地理坐标与遥感影像像素坐标之间映射关系的建立。
7.根据权利要求1所述的一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术,其特征在于:在所述步骤二中,提取测绘地理数据的灰度特征的方法包括计算灰度平均值和方差;提取测绘地理数据的纹理特征的方法为灰度差分统计法;提取测绘地理数据的空间关系特征的方法为:(1)将图像均匀地划分为若干规则子块;(2)然后对每个图像子块提取特征,并建立索引。
8.根据权利要求7所述的一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术,其特征在于:所述灰度差分统计法的计算公式为gΔ(x,y)=g(x,y)-g(x+Δx,y+Δy),其中g(x,y)为图像中(x,y)位置的像素值,Δx、Δy分别是x、y方向上的偏移量,gΔ(x,y)表示(x,y)与其微小偏移点(x+Δx,y+Δy)的灰度差值。
9.根据权利要求1所述的一种高精度测绘地理信息虚拟仿真技术,其特征在于:在所述步骤四中,所述三维测绘平台与测绘位置尺寸转换关系的方式为,先测量现实场景中的某一实物的实际尺寸,再利用三维模型查找出与该实物对应的模拟图像,并确定该图像在三维模型中的尺寸,之后计算实物的实际尺寸与图像在三维模型中的尺寸比例关系即为所构建三维测绘平台与现实场景的尺寸转换关系。
10.根据权利要求1-9所述的一种高精度测绘地理信息虚拟仿真装置,其特征在于:包括:
主控终端:用于数据处理及控制无人机的运动;
位置信息确定单元:耦接于所述主控终端并用于确定需要精确测量的地理位置;
驱动单元:耦接于所述主控终端并通过所述位置信息确定单元得到具体的地理位置后驱动无人机朝该地理位置运动;
精细图像转换单元:耦接于所述主控终端并于所述驱动单元驱动无人机运动至需要精确测量的地理位置后,对摄像机二次拍摄的图像进行精细化处理;
飞行显示单元:内置有测绘位置地图,且耦接于所述主控终端并以当前无人机所在位置为起点,需要精确测量的地理位置为终点于测绘位置地图上进行显示;
飞行轨迹单元:耦接于所述主控终端并用于规划当前无人机所在位置到需要精确测量的地理位置之间的若干飞行路线并于飞行显示单元中显示。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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