CN115937446A - 基于ar技术的地形测绘装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测绘技术领域，尤其涉及基于AR技术的地形测绘装置及方法。地形测绘装置包括无人机以及安装在无人机一侧的用于录制视频的云台拍摄装置；还包括激光雷达地形测绘方法包括标定测绘目标区域；获取第一模型点云及第二模型点云，第一模型点云及第二模型点云融合形成初始融合模型，对对初始融合模型进行空中三角测量后导入BIM系统以获取实测BIM模型；将实测BIM模型与设计BIM模型进行比对获取模型偏差值，将实测BIM模型及模型偏差导入GIS系统以获取测绘目标区域的地理实景图。本发明采用雷达激光测绘配合无人机等技术手段生成三维测绘模型，结合GIS系统，配合VR设备可以生成该区域的三维信息，适用于不同场景的地形地貌，使用局限性小，测绘精度高。

Description

基于AR技术的地形测绘装置及方法

技术领域

本发明涉及测绘技术领域，尤其涉及基于AR技术的地形测绘装置及方法。

背景技术

地形测量（topographic survey）是指测绘地形图的作业。即对地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程进行测定，并按一定比例缩小，用符号和注记绘制成地形图的工作。

地形测量主要采用航空摄影测量方法，包括控制测量和碎部测量，按所用仪器的不同，碎部测量主要分为平板仪测图法、小平板仪和经纬仪联合测图法、经纬仪测绘法等。

申请号为201910043451.6的专利文件公开了一种地形图测绘方法及装置，利用车载式三维激光扫描测量系统对测区进行扫描，内业人员将扫描得到的数据进行处理得到地形图草图，再由外业人员进行修补测，这样操作实现了地形图测绘的大部分工作由外业转换到内业，人力大量缩减，相比现有的全野外数字测图和航空摄影测量，作业成本大幅降低，并且三维激光扫描测量系统是以车辆为平台，进入测区方便且作业灵活，除非天气条件十分恶劣，否则只要有道路的地方都可以进行数据采集，缓解了现有的大比例尺地形图生产方式成本高且作业受多种因素影响的技术问题；

但是相对于车载而言，在部分地区地形并不适用，局限性极大，且车载式三维激光扫描测量系统需要以道路为基准高度进行测量，误差较大。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种利用无人机配合激光雷达扫描以及各软件系统分析生成的三维测绘模型，再利用AR设备获取该区域的地理测绘信息的基于AR技术的地形测绘装置及方法。

本发明的技术方案：基于AR技术的地形测绘装置，包括无人机以及安装在无人机一侧的用于录制视频的云台拍摄装置；

还包括激光雷达以及安装在所述无人机底部的姿态调节机构，所述姿态调节机构用于调整激光雷达的姿态；

还包括用于接收以及发送信息的通信模块。

优选的，所述姿态调节机构对激光雷达的姿态调整包括激光雷达的仰角以及转角。

基于AR技术的地形测绘方法，利用上述的地形测绘装置，包括如下步骤：

标定测绘目标区域；

通过无人机对测绘目标区域内的某一区域进行拍摄以获取航拍倾斜模型影像;对测绘目标区域进行场地激光雷达测绘以获取场地激光雷达点云;将航拍倾斜模型影像与场地激光雷达点云融合以获取第一模型点云；

通过无人机在测绘目标区域内的某一区域进行激光雷达测绘以获取无人机激光雷达点云;对测绘目标区域进行视频拍摄以获取场地高清视频;将无人机激光雷达点云与场地高清视频融合以获取第二模型点云；

将第一模型点云与第二模型点云进行配准以获取初始融合模型，配准精度高于预设配准精度；

对初始融合模型进行空中三角测量后导入BIM系统以获取实测BIM模型；

将实测BIM模型与设计BIM模型进行比对获取模型偏差值，将实测BIM模型及模型偏差导入GIS系统以获取测绘目标区域的地理实景图；

通过AR设备获取测绘实景图。

优选的，所述无人机在某一区域拍摄以获取航拍倾斜模型影像时执行第一飞行参数；

所述航拍倾斜模型影像包括在拍摄时，保证拍摄位置准确；

所述无人机在测绘目标区域以第二飞行参数对所述测绘目标区域内的感兴趣区域进行激光雷达测绘以获取无人机激光雷达点云包括，在架设地面GPS基站，根据GPS信号校准无人机罗盘。

优选的，所述飞行参数包括航线数量、航线方向、航向重叠度、旁向重叠度、飞行速度、飞行高度、云台分辨率、云台镜头角度；

所述第二飞行参数包括航线数量、航线方向、区域重叠度、飞行速度、飞行高度。

优选的，所述地形测绘装置将获取的模型信息通过模型融合模块、模型配准模块、模型预处理模块、模型分析模块处理；

处理后模型信息通过AR设备显示。

优选的，所述模型融合模块用于将激光雷达的点云数据和视频数据进行融合获取融合模型；

所述模型配准模块通过算法将两个融合模型进行配准，以保证后续的实景建模的准确度；

模型预处理模块，用于对配准后的模型进行空中三角测量等预处理，使其满足后续的分析要求；

模型分析模块，用于通过模型获取数据，并分析数据得到模型偏差值；

AR设备，用于展示测绘实景地理实景图。

优选的，手动通过软件对第一模型点云和第二模型点云初步配准配准，然后用利用ICP算法进行精配准，把配准的精度控制到需要的精度范围内；

再将已经配准的激光点云数据与无人机影像数据导入软件中，并在软件中进行空中三角测量，最后得到实测BIM模型。

与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

本发明采用雷达激光测绘配合无人机等技术手段生成三维测绘模型，结合GIS系统，配合VR设备可以生成该区域的三维信息，适用于不同场景的地形地貌，使用局限性小，测绘精度高。

附图说明

图1给出了本发明基于AR技术的地形测绘装置的结构示意图；

图2给出了本发明基于AR技术的地形测绘方法的流程图。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例一

如图1所示，本发明提出的基于AR技术的地形测绘装置，包括无人机10以及安装在无人机10一侧的用于录制视频的云台拍摄装置30；

其中，云台拍摄装置30包括摄像头部分以及驱动摄像头转动的部分，且摄像头采用4K高清摄像头；

还包括激光雷达50以及安装在所述无人机10底部的姿态调节机构40，所述姿态调节机构40用于调整激光雷达50的姿态；

所述姿态调节机构40对激光雷达50的姿态调整包括激光雷达50的仰角以及转角。

其转角在0～120°之间，且其仰角在0～75°之间；根据无人机10飞行路线、飞行高度及其他预设飞行参数调整激光雷达的姿态。

还包括用于接收以及发送信息的通信模块20，通信模块20具有接收和发送两种模式，接收对云台拍摄装置30、激光雷达50以及姿态调节机构的控制信号，发送云台拍摄装置30以及激光雷达50的获取的图像信息激光雷达点云信息。

实施例二

基于实施例一，如图2所示，基于AR技术的地形测绘方法，利用上述的地形测绘装置，包括如下步骤：

标定测绘目标区域；无人机控制终端设置一个无人飞行范围，并标注一个无人机飞行的区域，该区域作为待测绘目标区域，同时设置在该区域内的无人机飞行参数；

通过无人机对测绘目标区域内的某一区域进行拍摄以获取航拍倾斜模型影像;对测绘目标区域进行场地激光雷达测绘以获取场地激光雷达点云;将航拍倾斜模型影像与场地激光雷达点云融合以获取第一模型点云；

通过无人机在测绘目标区域内的某一区域进行激光雷达测绘以获取无人机激光雷达点云;对测绘目标区域进行视频拍摄以获取场地高清视频;将无人机激光雷达点云与场地高清视频融合以获取第二模型点云；

将第一模型点云与第二模型点云进行配准以获取初始融合模型，配准精度高于预设配准精度；

对初始融合模型进行空中三角测量后导入BIM系统以获取实测BIM模型；

将实测BIM模型与设计BIM模型进行比对获取模型偏差值，将实测BIM模型及模型偏差导入GIS系统以获取测绘目标区域的地理实景图；

通过数字信息仿真模拟地形所具有的真实信息，它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性；

GIS系统主要对空间数据处理，如包括地理数据、属性数据、几何数据、时间数据，GIS系统主空间数据的管理与操作，可以生成被测区域的三维地理实景图。

通过AR设备获取测绘实景图。AR设备连接后，可以及三维的方式展现该测绘目标区域，并可以根据数据处理信息与其交互。

所述无人机在某一区域拍摄以获取航拍倾斜模型影像时执行第一飞行参数；

所述航拍倾斜模型影像包括在拍摄时，保证拍摄位置准确；

所述无人机在测绘目标区域以第二飞行参数对所述测绘目标区域内的感兴趣区域进行激光雷达测绘以获取无人机激光雷达点云包括，在架设地面GPS基站，根据GPS信号校准无人机罗盘。

所述飞行参数包括航线数量、航线方向、航向重叠度、旁向重叠度、飞行速度、飞行高度、云台分辨率、云台镜头角度；

所述第二飞行参数包括航线数量、航线方向、区域重叠度、飞行速度、飞行高度。

设置第一飞行参数和第二飞行参数目的是为了提高了测量的精度度。

所述地形测绘装置将获取的模型信息通过模型融合模块、模型配准模块、模型预处理模块、模型分析模块处理；

处理后模型信息通过AR设备显示。

所述模型融合模块用于将激光雷达的点云数据和视频数据进行融合获取融合模型；

所述模型配准模块通过算法将两个融合模型进行配准，以保证后续的实景建模的准确度；

模型预处理模块，用于对配准后的模型进行空中三角测量等预处理，使其满足后续的分析要求；

模型分析模块，用于通过模型获取数据，并分析数据得到模型偏差值；

AR设备，用于展示测绘实景地理实景图。

手动通过软件对第一模型点云和第二模型点云初步配准配准，然后用利用ICP算法进行精配准，把配准的精度控制到需要的精度范围内；

再将已经配准的激光点云数据与无人机影像数据导入软件中，并在软件中进行空中三角测量，最后得到实测BIM模型。

将测绘目标区域的地理实景图连接至AR设备，测绘人员即可通过AR设备远程获取该区域地理实景图，信息获取及时、准确。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

上述具体实施例仅仅是本发明的几种优选的实施例，基于本发明的技术方案和上述实施例的相关启示，本领域技术人员可以对上述具体实施例做出多种替代性的改进和组合。

Claims (8)

1.基于AR技术的地形测绘装置，其特征在于，包括无人机以及安装在无人机一侧的用于录制视频的云台拍摄装置；

还包括激光雷达以及安装在所述无人机底部的姿态调节机构，所述姿态调节机构用于调整激光雷达的姿态；

还包括用于接收以及发送信息的通信模块。

2.根据权利要求1所述的基于AR技术的地形测绘装置，其特征在于，所述姿态调节机构对激光雷达的姿态调整包括激光雷达的仰角以及转角。

3.基于AR技术的地形测绘方法，利用权利要求1-2所述的地形测绘装置，其特征在于，包括如下步骤：

标定测绘目标区域；

通过无人机对测绘目标区域内的某一区域进行拍摄以获取航拍倾斜模型影像;对测绘目标区域进行场地激光雷达测绘以获取场地激光雷达点云;将航拍倾斜模型影像与场地激光雷达点云融合以获取第一模型点云；

通过无人机在测绘目标区域内的某一区域进行激光雷达测绘以获取无人机激光雷达点云;对测绘目标区域进行视频拍摄以获取场地高清视频;将无人机激光雷达点云与场地高清视频融合以获取第二模型点云；

将第一模型点云与第二模型点云进行配准以获取初始融合模型，配准精度高于预设配准精度；

对初始融合模型进行空中三角测量后导入BIM系统以获取实测BIM模型；

将实测BIM模型与设计BIM模型进行比对获取模型偏差值，将实测BIM模型及模型偏差导入GIS系统以获取测绘目标区域的地理实景图；

通过AR设备获取测绘实景图。

4.根据权利要求3所述的基于AR技术的地形测绘方法，其特征在于，所述无人机在某一区域拍摄以获取航拍倾斜模型影像时执行第一飞行参数；

所述航拍倾斜模型影像包括在拍摄时，保证拍摄位置准确；

所述无人机在测绘目标区域以第二飞行参数对所述测绘目标区域内的感兴趣区域进行激光雷达测绘以获取无人机激光雷达点云包括，在架设地面GPS基站，根据GPS信号校准无人机罗盘。

5.根据权利要求4所述的基于AR技术的地形测绘方法，其特征在于，所述飞行参数包括航线数量、航线方向、航向重叠度、旁向重叠度、飞行速度、飞行高度、云台分辨率、云台镜头角度；

所述第二飞行参数包括航线数量、航线方向、区域重叠度、飞行速度、飞行高度。

6.根据权利要求5所述的基于AR技术的地形测绘方法，其特征在于，所述地形测绘装置将获取的模型信息通过模型融合模块、模型配准模块、模型预处理模块、模型分析模块处理；

处理后模型信息通过AR设备显示。

7.根据权利要求6所述的基于AR技术的地形测绘方法，其特征在于，所述模型融合模块用于将激光雷达的点云数据和视频数据进行融合获取融合模型；

所述模型配准模块通过算法将两个融合模型进行配准，以保证后续的实景建模的准确度；

模型预处理模块，用于对配准后的模型进行空中三角测量等预处理，使其满足后续的分析要求；

模型分析模块，用于通过模型获取数据，并分析数据得到模型偏差值；

AR设备，用于展示测绘实景地理实景图。

8.根据权利要求3所述的基于AR技术的地形测绘方法，其特征在于，手动通过软件对第一模型点云和第二模型点云初步配准配准，然后用利用ICP算法进行精配准，把配准的精度控制到需要的精度范围内；

再将已经配准的激光点云数据与无人机影像数据导入软件中，并在软件中进行空中三角测量，最后得到实测BIM模型。

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