CN117494549A - 一种三维地理信息系统的信息仿真展示方法及系统 - Google Patents

一种三维地理信息系统的信息仿真展示方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种三维地理信息系统的信息仿真展示方法及系统，向探测地表发射脉冲波束，通过脉冲回波波束得到三维地表点云数据集；对于每个三维地表点，根据点云邻域和脉冲波束确定三维地表点的点云邻域密度，得到所有三维地表点的点云邻域密度；根据三维地表点云数据集和脉冲回波波束确定点云噪声识别阈值，根据点云噪声识别阈值进行去噪确定去噪三维地表点云数据集；确定每个去噪三维地表点的反射率因子，进而为所有去噪三维地表点分配标签，得到三维地表点分类集；通过三维地表点分类集构建三维地表模型，进而生成三维地表仿真地图，按照所述三维地表仿真地图对探测地表进行展示，有效提高三维地表点云数据生成三维地表仿真地图的效率。

Description

一种三维地理信息系统的信息仿真展示方法及系统
技术领域
本申请涉及三维地理信息技术领域，更具体的说，本申请涉及一种三维地理信息系统的信息仿真展示方法及系统。
背景技术
三维地理信息系统(3D GIS)是在三维空间中呈现、分析和管理地理数据的地理信息系统，与传统的二维GIS系统不同，三维GIS系统可以更精确地模拟现实世界中的地理特征，三维地理信息系统中的点云数据包括地表的高程、坡度、坡向等信息，以及地表上的山脉、山谷、河流等地貌特征，三维GIS可以显示建筑物、桥梁、道路、铁路等基础设施的立体模型。
信息仿真展示方法则是一种将数据、概念或过程通过视觉、听觉等方式进行模拟和呈现的技术和策略，使用专业的三维建模软件，可以将GIS数据转换为逼真的三维模型，添加纹理、光照等效果，然后使用渲染技术生成高质量的图像或视频，三维地理信息系统的信息仿真展示方法是指利用计算机技术和虚拟现实技术，将地理信息以三维的形式呈现出来，使用户能够更直观地理解和探索地理空间数据，而点云数据由大量离散点构成的数据集，每个点都具有三维坐标和可能的高程信息，点云数据常用于精确建模和地形重建，如从激光雷达扫描中获取的数据，点云数据还可以用于生成三维地图，显示地表特征和地形。
在现有技术中，一般通过脉冲波束采集地表的点云数据，但在通过脉冲波束采集地表的点云数据时，地表和大气会存在干扰和噪声，使得三维地表点云数据庞大且杂乱无章，在通过三维地表点云数据构建模型并生成仿真地图时，存在三维地表仿真地图生成效率低下的技术问题。
发明内容
本申请提供一种三维地理信息系统的信息仿真展示方法及系统，以解决三维地表仿真地图生成效率低下的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：
第一方面，本申请提供一种三维地理信息系统的信息仿真展示方法，包括如下步骤：
向探测地表发射脉冲波束，通过地表反射得到脉冲回波波束，根据所述脉冲回波波束得到三维地表点云数据集；
对于所述三维地表点云数据集中的每个三维地表点，确定三维地表点的点云邻域，根据所述点云邻域和所述脉冲波束确定所述三维地表点的点云邻域密度，进而确定所有三维地表点的点云邻域密度；
根据所述三维地表点云数据集和所述脉冲回波波束确定点云噪声识别阈值，根据所述点云噪声识别阈值对所述三维地表点云数据集中数据进行去噪确定去噪三维地表点云数据集；
根据所述脉冲波束和所述脉冲回波波束确定去噪三维地表点云数据集中每个去噪三维地表点的反射率因子，根据所述每个去噪三维地表点的反射率因子为所有去噪三维地表点分配标签，得到三维地表点分类集；
通过所述三维地表点分类集构建三维地表模型，进而生成三维地表仿真地图，按照所述三维地表仿真地图对探测地表进行展示。
在一些实施例中，根据所述脉冲回波波束得到三维地表点云数据集具体包括：
通过脉冲回波波束的回波时间确定三维地表点距离；
根据所述三维地表点距离和发射脉冲波束位置确定三维地表点坐标；
通过多次发射和接收，得到多个三维地表点的距离和坐标，进而构建三维地表点云数据集。
在一些实施例中，根据所述点云邻域和所述脉冲波束确定所述三维地表点的点云邻域密度具体包括：
获取点云邻域的高度和宽度；
确定三维地表点的点云单位间距；
确定三维地表点的距离；
确定脉冲波束在水平和垂直方向的角分辨率；
通过所述点云邻域的高度和宽度、所述三维地表点的点云单位间距、所述三维地表点的距离和所述脉冲波束在水平和垂直方向的角分辨率确定三维地表点的点云邻域密度，其中，所述点云邻域密度根据下述公式确定：
其中，ρi表示三维地表点云数据集中第i个三维地表点的点云邻域密度，c表示三维地表点的点云单位间距，hi表示第i个三维地表点的点云邻域高度，wi表示第i个三维地表点的点云邻域宽度，li表示第i个三维地表点的距离，rh表示脉冲波束在水平方向的角分辨率，rv表示脉冲波束在垂直方向的角分辨率。
在一些实施例中，根据所述三维地表点云数据集和所述脉冲回波波束确定点云噪声识别阈值具体包括：
确定三维地表点云数据集中三维地表点的数量；
确定通过多次地表反射得到的所有脉冲回波波束中光电子数量的均值；
确定所述所有脉冲回波波束的平均回波时间；
通过所述三维地表点云数据集中三维地表点的数量、所述脉冲回波波束中光电子数量的均值和所述脉冲回波波束的平均回波时间确定点云噪声识别阈值，其中，所述点云噪声识别阈值根据下述公式确定：
其中，ψ表示点云噪声识别阈值，N表示三维地表点云数据集中三维地表点的数量，ns表示脉冲回波波束中光电子数量的均值，τs表示脉冲回波波束的平均回波时间。
在一些实施例中，根据所述点云噪声识别阈值对所述三维地表点云数据集中数据进行去噪确定去噪三维地表点云数据集具体包括：
将点云邻域密度小于点云噪声识别阈值的三维地表点作为含噪三维地表点；
在三维地表点云数据集中，将所有含噪三维地表点剔除，得到去噪三维地表点云数据集。
在一些实施例中，根据所述每个去噪三维地表点的反射率因子为所有去噪三维地表点分配标签，得到三维地表点分类集具体包括：
将反射率因子取值处于同一预设反射率范围的去噪三维地表点分配相同标签；
将标签相同的所有去噪三维地表点划分为一类，进而得到三维地表点分类集。
在一些实施例中，通过所述三维地表点分类集构建三维地表模型，进而生成三维地表仿真地图具体包括：
根据三维地表点分类集中的地面类别点生成数字高程模型；
根据三维地表点分类集中的其他类别点生成其他三维模型；
将所述数字高程模型和所述其他三维模型进行合并，进而确定三维地表模型；
通过将所述三维地表模型导入仿真平台，得到三维地表仿真地图。
第二方面，本申请提供一种三维地理信息系统的信息仿真展示系统，包括：
三维地表点云数据集确定模块，用于向探测地表发射脉冲波束，通过地表反射得到脉冲回波波束，根据所述脉冲回波波束得到三维地表点云数据集；
点云邻域密度确定模块，用于对于所述三维地表点云数据集中的每个三维地表点，确定三维地表点的点云邻域，根据所述点云邻域和所述脉冲波束确定所述三维地表点的点云邻域密度，进而确定所有三维地表点的点云邻域密度；
三维地表点云数据集去噪模块，用于根据所述三维地表点云数据集和所述脉冲回波波束确定点云噪声识别阈值，根据所述点云噪声识别阈值对所述三维地表点云数据集中数据进行去噪确定去噪三维地表点云数据集；
三维地表点分类模块，用于根据所述脉冲波束和所述脉冲回波波束确定去噪三维地表点云数据集中每个去噪三维地表点的反射率因子，根据所述每个去噪三维地表点的反射率因子为所有去噪三维地表点分配标签，得到三维地表点分类集；
探测地表展示模块，用于通过所述三维地表点分类集构建三维地表模型，进而生成三维地表仿真地图，按照所述三维地表仿真地图对探测地表进行展示。
第三方面，本申请提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于从所述存储器中调用并运行所述计算机程序，使得所述计算机设备执行上述的三维地理信息系统的信息仿真展示方法。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令或代码，当指令或代码在计算机上运行时，使得计算机执行时实现上述的三维地理信息系统的信息仿真展示方法。
本申请公开的实施例提供的技术方案具有以下有益效果：
本申请提供的一种三维地理信息系统的信息仿真展示方法及系统中，向探测地表发射脉冲波束，通过地表反射得到脉冲回波波束，根据所述脉冲回波波束得到三维地表点云数据集；对于所述三维地表点云数据集中的每个三维地表点，确定三维地表点的点云邻域，根据所述点云邻域和所述脉冲波束确定所述三维地表点的点云邻域密度，进而确定所有三维地表点的点云邻域密度；根据所述三维地表点云数据集和所述脉冲回波波束确定点云噪声识别阈值，根据所述点云噪声识别阈值对所述三维地表点云数据集中数据进行去噪确定去噪三维地表点云数据集；根据所述脉冲波束和所述脉冲回波波束确定去噪三维地表点云数据集中每个去噪三维地表点的反射率因子，根据所述每个去噪三维地表点的反射率因子为所有去噪三维地表点分配标签，得到三维地表点分类集；通过所述三维地表点分类集构建三维地表模型，进而生成三维地表仿真地图，按照所述三维地表仿真地图对探测地表进行展示。
本申请中，首先，通过发射脉冲波束能够提供高精度的地表数据，并且能够获取大量的地表点云数据，覆盖广泛的地理区域，这些点云数据可以形成具有丰富细节的三维地表模型，其次，通过确定每个三维地表点的点云邻域密度，可以帮助区分地表上的不同特征，也可以排除一些不合理的极端值，从而实现噪声的过滤和三维地表点云数据集清理，然后，通过确定噪声识别阈值，可以将含噪三维地表点从三维地表点云数据集中去除，从而提高数据的质量和可信度，有助于提高计算效率，进而，根据反射率因子分配标签可以使去噪三维地表点云数据更准确地被分类为不同地物类别，有效提高对去噪三维地表点云数据集的处理效率，最后，通过将不同地物类别分别建模，并将其融合到一起，生成的三维地表模型可以更真实地反映实际地理环境，从而产生更逼真的可视化效果，有效提高三维地表点云数据生成三维地表仿真地图的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本申请一些实施例所示的三维地理信息系统的信息仿真展示方法的示例性流程图；
图2是根据本申请一些实施例所示的三维地理信息系统的信息仿真展示系统的示例性硬件和/或软件的示意图；
图3是根据本申请一些实施例所示的实现三维地理信息系统的信息仿真展示方法的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供一种三维地理信息系统的信息仿真展示方法及系统，其核心是向探测地表发射脉冲波束，通过地表反射得到脉冲回波波束，根据所述脉冲回波波束得到三维地表点云数据集；对于所述三维地表点云数据集中的每个三维地表点，确定三维地表点的点云邻域，根据所述点云邻域和所述脉冲波束确定所述三维地表点的点云邻域密度，进而确定所有三维地表点的点云邻域密度；根据所述三维地表点云数据集和所述脉冲回波波束确定点云噪声识别阈值，根据所述点云噪声识别阈值对所述三维地表点云数据集中数据进行去噪确定去噪三维地表点云数据集；根据所述脉冲波束和所述脉冲回波波束确定去噪三维地表点云数据集中每个去噪三维地表点的反射率因子，根据所述每个去噪三维地表点的反射率因子为所有去噪三维地表点分配标签，得到三维地表点分类集；通过所述三维地表点分类集构建三维地表模型，按照所述三维地表仿真地图对探测地表进行展示，进而生成三维地表仿真地图，有效提高三维地表点云数据生成三维地表仿真地图的效率。
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。参考图1，该图是根据本申请一些实施例所示的一种三维地理信息系统的信息仿真展示方法的示例性流程图，该三维地理信息系统的信息仿真展示方法100主要包括如下步骤：
在步骤101，向探测地表发射脉冲波束，通过地表反射得到脉冲回波波束，根据所述脉冲回波波束得到三维地表点云数据集。
在一些实施例中，首先，通过激光雷达或其他激光设备会向地表发射一束激光脉冲，这个脉冲波束会传播到地表，并被地表上的物体、地貌等反射回来，激光雷达设备同时具备接收功能，它会捕捉被地表物体反射回来的激光脉冲回波，这些脉冲回波波束携带了关于被测量地表距离和反射强度的信息。
在一些实施例中，根据所述脉冲回波波束得到三维地表点云数据集具体可采用下述方式，即：
通过脉冲回波波束的回波时间确定三维地表点距离；
根据所述三维地表点距离和发射脉冲波束位置确定三维地表点坐标；
通过多次发射和接收，得到多个三维地表点的距离和坐标，进而构建三维地表点云数据集。
具体实现时，激光雷达设备记录从脉冲波束发射到脉冲回波波束接收的时间，这个时间间隔称为回波时间差，利用回波时间差和光速的知识，可以计算出脉冲波束从激光雷达设备到地表物体的往返距离，即三维地表点距离，通过已知的激光雷达设备位置和三维地表点距离，以及脉冲回波波束的角度信息，可以计算出地表上物体的三维坐标，即三维地表点坐标，通过多次发射和接收脉冲波束，测量不同三维地表点距离，并计算出多个三维地表点坐标，即可得到三维地表点云数据集。
需要说明的是，通过脉冲波束技术能够提供高精度的地表数据，通过测量脉冲波束的传播时间，可以精确计算出地表到激光雷达设备的距离，从而实现高度精准的地形测量，并且通过脉冲波束技术能够获取大量的地表点云数据，覆盖广泛的地理区域，这些点云数据可以形成具有丰富细节的三维地表模型。
在步骤102，对于所述三维地表点云数据集中的每个三维地表点，确定三维地表点的点云邻域，根据所述点云邻域和所述脉冲波束确定所述三维地表点的点云邻域密度，进而确定所有三维地表点的点云邻域密度。
需要说明的是，本申请中三维地表点的点云邻域是以该三维地表点为中心构建的一个单位矩形邻域，其中可能包含了除该三维地表点外的其他三维地表点，该单位矩形邻域的高度和宽度为预设值。
在一些实施例中，根据所述点云邻域和所述脉冲波束确定所述三维地表点的点云邻域密度具体可采用下述方式，即：
获取点云邻域的高度和宽度；
确定三维地表点的点云单位间距；
确定三维地表点的距离；
确定脉冲波束在水平和垂直方向的角分辨率；
通过所述点云邻域的高度和宽度、所述三维地表点的点云单位间距、所述三维地表点的距离和所述脉冲波束在水平和垂直方向的角分辨率确定三维地表点的点云邻域密度，具体实现时，所述点云邻域密度可根据下述公式确定：
其中，ρi表示三维地表点云数据集中第i个三维地表点的点云邻域密度，c表示三维地表点的点云单位间距，hi表示第i个三维地表点的点云邻域高度，wi表示第i个三维地表点的点云邻域宽度，li表示第i个三维地表点的距离，rh表示脉冲波束在水平方向的角分辨率，rv表示脉冲波束在垂直方向的角分辨率。
需要说明的中，本申请中，点云邻域密度表示三维地表点的点云邻域中包含的三维地表点的多少，点云邻域密度的大小与点云邻域中包含的三维地表点的多少成正比，该点云邻域密度越小表示该三维地表点为含噪三维地表点的的可能性越大，三维地表点的点云单位间距表示当每个点云邻域中仅包含一个三维地表点时各三维地表点之间的距离，具体实现时，可以通激光雷达设备的性能和参数设置确定脉冲波束在水平和垂直方向的角分辨率。
在一些实施例中，对于三维地表点云数据集中的每个三维地表点，通过上述方式确定点云邻域密度，进而可以得到三维地表点云数据集中所有三维地表点的点云邻域密度。
需要说明的是，通过确定每个三维地表点的点云邻域密度，可以帮助区分地表上的不同特征，也可以排除一些不合理的极端值，从而实现噪声的过滤和三维地表点云数据集清理。
在步骤103，根据所述三维地表点云数据集和所述脉冲回波波束确定点云噪声识别阈值，根据所述点云噪声识别阈值对所述三维地表点云数据集中数据进行去噪确定去噪三维地表点云数据集。
在一些实施例中，根据所述三维地表点云数据集和所述脉冲回波波束确定点云噪声识别阈值具体可采用下述方式，即：
确定三维地表点云数据集中三维地表点的数量；
确定通过多次地表反射得到的所有脉冲回波波束中光电子数量的均值；
确定所述所有脉冲回波波束的平均回波时间；
通过所述三维地表点云数据集中三维地表点的数量、所述脉冲回波波束中光电子数量的均值和所述脉冲回波波束的平均回波时间确定点云噪声识别阈值，具体实现时，所述点云噪声识别阈值可根据下述公式确定：
其中，ψ表示点云噪声识别阈值，N表示三维地表点云数据集中三维地表点的数量，ns表示脉冲回波波束中光电子数量的均值，τs表示脉冲回波波束的平均回波时间。
具体实现时，通过使用光电探测器来收集和测量脉冲回波波束中的光电子，通过记录接收到的电荷或电流信号，可以对光电子数量进行估计，进而得到通过多次地表反射得到的所有脉冲回波波束中光电子数量的均值，记录每次发射脉冲波束和接收脉冲回波波束的回波时间差，进而得到所有脉冲回波波束的平均回波时间。
在一些实施例中，根据所述点云噪声识别阈值对所述三维地表点云数据集中数据进行去噪确定去噪三维地表点云数据集具体可采用下述方式，即：
将点云邻域密度小于点云噪声识别阈值的三维地表点作为含噪三维地表点；
在三维地表点云数据集中，将所有含噪三维地表点剔除，得到去噪三维地表点云数据集。
具体实现时，对于每个三维地表点，判断三维地表点的点云邻域密度是否小于点云噪声识别阈值，如果是，则将该三维地表点标记为含噪声点，即含噪三维地表点，将该含噪三维地表点从三维地表点云数据集中移除，得到去噪后的三维地表点云数据集。
需要说明的是，噪声会干扰点云数据的真实性和准确性，通过确定噪声识别阈值，可以将含噪三维地表点从三维地表点云数据集中去除，从而提高数据的质量和可信度，有助于提高计算效率。
在步骤104，根据所述脉冲波束和所述脉冲回波波束确定去噪三维地表点云数据集中每个去噪三维地表点的反射率因子，根据所述每个去噪三维地表点的反射率因子为所有去噪三维地表点分配标签，得到三维地表点分类集。
在一些实施例中，根据所述脉冲波束和所述脉冲回波波束确定去噪三维地表点云数据集中每个去噪三维地表点的反射率因子具体可采用下述方式，即：
确定每个去噪三维地表点的距离；
确定脉冲回波波束的回波功率和脉冲波束的发射功率；
确定脉冲波束的波束宽度，进而确定脉冲波束在水平和垂直方向的波束宽度；
通过多普勒宽度测量每个去噪三维地表点的复折射指数；
通过所述每个去噪三维地表点的距离、所述脉冲波束的波束宽度、所述脉冲波束在水平方向的波束宽度、所述脉冲波束在垂直方向的波束宽度和所述每个去噪三维地表点的复折射指数确定每个去噪三维地表点的反射率因子，具体实现时，所述反射率因子可根据下述公式确定：
其中，λi表示第i个去噪三维地表点的反射率因子，Pr表示脉冲回波波束的回波功率，di表示第i个去噪三维地表点的距离，γr表示脉冲回波波束的波长，Ps表示脉冲波束的发射功率，cτ表示光速，表示脉冲波束的波束宽度，/>表示脉冲波束在水平方向的波束宽度，表/>示表示脉冲波束在垂直方向的波束宽度，mi表示第i个去噪三维地表点的复折射指数，需要说明的是，本申请中，反射率因子是去噪三维地表点对脉冲波束反射能力的度量，反射率因子越大表明去噪三维地表点对脉冲波束反射能力越强，反射率因子越大表明去噪三维地表点对脉冲波束反射能力越弱。
具体实现时，通过对接收到的脉冲回波波束进行功率分析，可以通过测量脉冲回波波束的电荷或电流，得到脉冲回波波束的回波功率，脉冲波束的发射功率可以在激光雷达设备的参数中获得，脉冲波束的波束宽度可以通过发送单一目标的脉冲信号，并测量脉冲回波波束的展宽来实现，这可以通过接收到的脉冲回波波束在时间域上的变化来计算，脉冲波束的在水平和垂直方向上的展宽角度，可以通过测量脉冲回波波束的强度分布来估算，多普勒宽度测量需要测量脉冲回波波束的频率偏移，从而推断出去噪三维地表点的复折射指数。
在一些实施例中，根据所述每个去噪三维地表点的反射率因子为所有去噪三维地表点分配标签，得到三维地表点分类集具体可采用下述方式，即：
将反射率因子取值处于同一预设反射率范围的去噪三维地表点分配相同标签；
将标签相同的所有去噪三维地表点划分为一类，进而得到三维地表点分类集。
具体实现时，根据反射率因子的值，可以制定标签分配策略，例如，可以设置不同的阈值来判断去噪三维地表点是地面、建筑物、植被等不同类别，对每个去噪三维地表点，根据其计算得到的反射率因子，进行标签分配，确定其所属的地表分类，实际实现时，可以使用分类算法，如阈值判定、机器学习等方法来进行分类，这里不做限定，将每个点的标签添加到数据集中，形成三维地表点分类集，该三维地表点分类集包含了去噪三维地表点云数据中的每个去噪三维地表点的地物类别信息，具体来说三维地表点分类集包含了地面类别点和其他类别点。
需要说明的是，根据反射率因子分配标签可以使去噪三维地表点云数据更准确地被分类为不同地物类别，可以获得丰富的地理信息，从而支持更深入的地理信息分析和决策制定，有效提高对去噪三维地表点云数据集的处理效率。
在步骤105，通过所述三维地表点分类集构建三维地表模型，进而生成三维地表仿真地图，按照所述三维地表仿真地图对探测地表进行展示。
在一些实施例中，通过所述三维地表点分类集构建三维地表模型，进而生成三维地表仿真地图具体可采用下述方式，即：
根据三维地表点分类集中的地面类别点生成数字高程模型；
根据三维地表点分类集中的其他类别点生成其他三维模型；
将所述数字高程模型和所述其他三维模型进行合并，进而确定三维地表模型；
通过将所述三维地表模型导入仿真平台，得到三维地表仿真地图。
具体实现时，首先，从三维地表点分类集中的地面类别点(如道路、平地等)中提取三维地表点云数据，生成数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)，DEM是地表高程数据的二维表示，可以呈现地面的起伏和地形特征，根据三维地表点分类集中的其他类别点(如建筑物、植被等)，可以使用不同的建模方法生成对应的三维模型，例如，对于建筑物，可以利用点云数据进行建筑物建模，对于植被，可以生成植被模型等，将生成的数字高程模型和其他三维模型进行合并，本申请中通过空间叠加和融合的方法来实现，实际实现时还可以采用其他方法，这里不做限定，合并后的结果即为三维地表模型，它包含了地面、建筑物、植被等不同类别的地物信息，是对地理环境的全面表示，将生成的三维地表模型导入到适用的仿真平台，如虚拟现实引擎、GIS软件等，利用仿真平台的功能，将三维地表模型与其他环境元素(如光照、天气、人工物体等)结合，生成三维地表仿真地图，按照该三维地表仿真地图对探测地表进行展示，产生更逼真的可视化效果。
需要说明的是，通过将不同地物类别分别建模，并将其融合到一起，生成的三维地表模型可以更真实地反映实际地理环境，从而产生更逼真的可视化效果，三维地表仿真地图能够在虚拟环境中模拟不同地理场景，可以用于规划、演示、培训等用途。
本申请中，首先，通过发射脉冲波束能够提供高精度的地表数据，并且能够获取大量的地表点云数据，覆盖广泛的地理区域，这些点云数据可以形成具有丰富细节的三维地表模型，其次，通过确定每个三维地表点的点云邻域密度，可以帮助区分地表上的不同特征，也可以排除一些不合理的极端值，从而实现噪声的过滤和三维地表点云数据集清理，然后，通过确定噪声识别阈值，可以将含噪三维地表点从三维地表点云数据集中去除，从而提高数据的质量和可信度，有助于提高计算效率，进而，根据反射率因子分配标签可以使去噪三维地表点云数据更准确地被分类为不同地物类别，有效提高对去噪三维地表点云数据集的处理效率，最后，通过将不同地物类别分别建模，并将其融合到一起，生成的三维地表模型可以更真实地反映实际地理环境，从而产生更逼真的可视化效果，有效提高三维地表点云数据生成三维地表仿真地图的效率。
另外，本申请的另一方面，在一些实施例中，本申请提供一种三维地理信息系统的信息仿真展示系统，参考图2，该图是根据本申请一些实施例所示的三维地理信息系统的信息仿真展示系统的示例性硬件和/或软件的示意图，该三维地理信息系统的信息仿真展示系统200包括：三维地表点云数据集确定模块201、点云邻域密度确定模块202、三维地表点云数据集去噪模块203、三维地表点分类模块204和探测地表展示模块205，分别说明如下：
三维地表点云数据集确定模块201，本申请中三维地表点云数据集确定模块201主要用于向探测地表发射脉冲波束，通过地表反射得到脉冲回波波束，根据所述脉冲回波波束得到三维地表点云数据集；
点云邻域密度确定模块202，本申请中点云邻域密度确定模块202主要用于对于所述三维地表点云数据集中的每个三维地表点，确定三维地表点的点云邻域，根据所述点云邻域和所述脉冲波束确定所述三维地表点的点云邻域密度，进而确定所有三维地表点的点云邻域密度；
三维地表点云数据集去噪模块203，本申请中三维地表点云数据集去噪模块203主要用于根据所述三维地表点云数据集和所述脉冲回波波束确定点云噪声识别阈值，根据所述点云噪声识别阈值对所述三维地表点云数据集中数据进行去噪确定去噪三维地表点云数据集；
三维地表点分类模块204，本申请中三维地表点分类模块204主要用于根据所述脉冲波束和所述脉冲回波波束确定去噪三维地表点云数据集中每个去噪三维地表点的反射率因子，根据所述每个去噪三维地表点的反射率因子为所有去噪三维地表点分配标签，得到三维地表点分类集；
探测地表展示模块205，本申请中探测地表展示模块205主要用于通过所述三维地表点分类集构建三维地表模型，进而生成三维地表仿真地图，按照该三维地表仿真地图对探测地表进行展示。
上文详细介绍了本申请实施例提供的三维地理信息系统的信息仿真展示方法及系统的示例，可以理解的是，相应的装置为了实现上述功能，其包含了执行各个功能相应的硬件结构和/或软件模块。本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在一些实施例中，本申请还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于从所述存储器中调用并运行所述计算机程序，使得所述计算机设备执行上述的三维地理信息系统的信息仿真展示方法。
在一些实施例中，参考图3，该图中的虚线表示该单元或该模块为可选的，该图是根据本申请施例提供的一种三维地理信息系统的信息仿真展示方法的计算机设备的结构示意图。上述实施例中的上述的三维地理信息系统的信息仿真展示方法可以通过图3所示的计算机设备来实现，该计算机设备300包括至少一个处理器301、存储器302以及至少一个通信单元305，该计算机设备300可以是终端设备或服务器或芯片。
处理器301可以是通用处理器或者专用处理器。例如，处理器301可以是中央处理器(central processing unit，CPU)，CPU可以用于对计算机设备300进行控制，执行软件程序，处理软件程序的数据，计算机设备300还可以包括通信单元305，用以实现信号的输入(接收)和输出(发送)。
例如，计算机设备300可以是芯片，通信单元305可以是该芯片的输入和/或输出电路，或者，通信单元305可以是该芯片的通信接口，该芯片可以作为终端设备或网络设备或其它设备的组成部分。
又例如，计算机设备300可以是终端设备或服务器，通信单元305可以是该终端设备或该服务器的收发器，或者，通信单元305可以是该终端设备或该服务器的收发电路。
计算机设备300中可以包括一个或多个存储器302，其上存有程序304，程序304可被处理器301运行，生成指令303，使得处理器301根据指令303执行上述方法实施例中描述的方法。可选地，存储器302中还可以存储有数据(如目标审核模型)。可选地，处理器301还可以读取存储器302中存储的数据，该数据可以与程序304存储在相同的存储地址，该数据也可以与程序304存储在不同的存储地址。
处理器301和存储器302可以单独设置，也可以集成在一起，例如，集成在终端设备的系统级芯片(system on chip，SOC)上。
应理解，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器301中的硬件形式的逻辑电路或者软件形式的指令完成，处理器301可以是中央处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件，例如，分立门、晶体管逻辑器件或分立硬件组件。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
例如，在一些实施例中，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令或代码，当指令或代码在计算机上运行时，使得计算机执行时实现上述的三维地理信息系统的信息仿真展示方法。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种三维地理信息系统的信息仿真展示方法，其特征在于，包括如下步骤：
向探测地表发射脉冲波束，通过地表反射得到脉冲回波波束，根据所述脉冲回波波束得到三维地表点云数据集；
对于所述三维地表点云数据集中的每个三维地表点，确定三维地表点的点云邻域，根据所述点云邻域和所述脉冲波束确定所述三维地表点的点云邻域密度，进而确定所有三维地表点的点云邻域密度；
根据所述三维地表点云数据集和所述脉冲回波波束确定点云噪声识别阈值，根据所述点云噪声识别阈值对所述三维地表点云数据集中数据进行去噪确定去噪三维地表点云数据集；
根据所述脉冲波束和所述脉冲回波波束确定去噪三维地表点云数据集中每个去噪三维地表点的反射率因子，根据所述每个去噪三维地表点的反射率因子为所有去噪三维地表点分配标签，得到三维地表点分类集；
通过所述三维地表点分类集构建三维地表模型，进而生成三维地表仿真地图，按照所述三维地表仿真地图对探测地表进行展示。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述脉冲回波波束得到三维地表点云数据集具体包括：
通过脉冲回波波束的回波时间确定三维地表点距离；
根据所述三维地表点距离和发射脉冲波束位置确定三维地表点坐标；
通过多次发射和接收，得到多个三维地表点的距离和坐标，进而构建三维地表点云数据集。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述点云邻域和所述脉冲波束确定所述三维地表点的点云邻域密度具体包括：
获取点云邻域的高度和宽度；
确定三维地表点的点云单位间距；
确定三维地表点的距离；
确定脉冲波束在水平和垂直方向的角分辨率；
通过所述点云邻域的高度和宽度、所述三维地表点的点云单位间距、所述三维地表点的距离和所述脉冲波束在水平和垂直方向的角分辨率确定三维地表点的点云邻域密度，其中，所述点云邻域密度根据下述公式确定：
其中，ρi表示三维地表点云数据集中第i个三维地表点的点云邻域密度，c表示三维地表点的点云单位间距，hi表示第i个三维地表点的点云邻域高度，wi表示第i个三维地表点的点云邻域宽度，li表示第i个三维地表点的距离，rh表示脉冲波束在水平方向的角分辨率，rv表示脉冲波束在垂直方向的角分辨率。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述三维地表点云数据集和所述脉冲回波波束确定点云噪声识别阈值具体包括：
确定三维地表点云数据集中三维地表点的数量；
确定通过多次地表反射得到的所有脉冲回波波束中光电子数量的均值；
确定所述所有脉冲回波波束的平均回波时间；
通过所述三维地表点云数据集中三维地表点的数量、所述脉冲回波波束中光电子数量的均值和所述脉冲回波波束的平均回波时间确定点云噪声识别阈值，其中，所述点云噪声识别阈值根据下述公式确定：
其中，ψ表示点云噪声识别阈值，N表示三维地表点云数据集中三维地表点的数量，ns表示脉冲回波波束中光电子数量的均值，τs表示脉冲回波波束的平均回波时间。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述点云噪声识别阈值对所述三维地表点云数据集中数据进行去噪确定去噪三维地表点云数据集具体包括：
将点云邻域密度小于点云噪声识别阈值的三维地表点作为含噪三维地表点；
在三维地表点云数据集中，将所有含噪三维地表点剔除，得到去噪三维地表点云数据集。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述每个去噪三维地表点的反射率因子为所有去噪三维地表点分配标签，得到三维地表点分类集具体包括：
将反射率因子取值处于同一预设反射率范围的去噪三维地表点分配相同标签；
将标签相同的所有去噪三维地表点划分为一类，进而得到三维地表点分类集。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述三维地表点分类集构建三维地表模型，进而生成三维地表仿真地图具体包括：
根据三维地表点分类集中的地面类别点生成数字高程模型；
根据三维地表点分类集中的其他类别点生成其他三维模型；
将所述数字高程模型和所述其他三维模型进行合并，进而确定三维地表模型；
通过将所述三维地表模型导入仿真平台，得到三维地表仿真地图。
8.一种三维地理信息系统的信息仿真展示系统，其特征在于，包括：
三维地表点云数据集确定模块，用于向探测地表发射脉冲波束，通过地表反射得到脉冲回波波束，根据所述脉冲回波波束得到三维地表点云数据集；
点云邻域密度确定模块，用于对于所述三维地表点云数据集中的每个三维地表点，确定三维地表点的点云邻域，根据所述点云邻域和所述脉冲波束确定所述三维地表点的点云邻域密度，进而确定所有三维地表点的点云邻域密度；
三维地表点云数据集去噪模块，用于根据所述三维地表点云数据集和所述脉冲回波波束确定点云噪声识别阈值，根据所述点云噪声识别阈值对所述三维地表点云数据集中数据进行去噪确定去噪三维地表点云数据集；
三维地表点分类模块，用于根据所述脉冲波束和所述脉冲回波波束确定去噪三维地表点云数据集中每个去噪三维地表点的反射率因子，根据所述每个去噪三维地表点的反射率因子为所有去噪三维地表点分配标签，得到三维地表点分类集；
探测地表展示模块，用于通过所述三维地表点分类集构建三维地表模型，进而生成三维地表仿真地图，按照所述三维地表仿真地图对探测地表进行展示。
9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于从所述存储器中调用并运行所述计算机程序，使得所述计算机设备执行权利要求1至7中任一项所述的三维地理信息系统的信息仿真展示方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令或代码，当指令或代码在计算机上运行时，使得计算机执行时实现如权利要求1至7任一项所述的三维地理信息系统的信息仿真展示方法。
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