三维地形重建方法与流程

1.本发明涉及计算机视觉技术领域，具体为三维地形重建方法。


背景技术：

2.高分辨率立体测绘卫星数据是一种能够存档的遥感卫星数据，它自发射升空开始正常工作后就按一定的周期在轨运行，进行对地拍摄，获取当时的遥感数据并传输到地面接收站进行存储。因此，我们可以利用这些存档数据制作过往时间点的三维立体地形数据，在三维地形建模过程中,需要解决雷达探测模型和地理环境模型需要建立雷达对地形离散捕获点的坐标，到对应的真实三维坐标的对应；需要完成地形滤波,生成光滑自然的地表；仿真过程必须用计算机图形学的知识进行二维到三维的转化与二维方式相比，三维的表达方式更加直观与生动，更有利于对地形的感知和判断。
3.现有技术只能描述实施无人机航测作业和实地工程测量时间点的地形地物测绘。无法通过无人机航测作业和实地工程测量时间点的测绘，分辨率低不能使用立体测绘卫星数据进行过往历史时间点的三维地形重建，从而无法完整地描述地形地物前后的变化，同时不能三维动态可视化仿真技术，场景建模技术和图形图象处理技术，缺乏真实性,不能以三维显示方式(距离、方位、高度或俯仰角)表达三坐标雷达系统的数据,无法对环境进行仿真重建,而达到逼真的显示效果。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供三维地形重建方法，具备完整地描述地形地物前后的变化和仿真动态显示的优点，解决了无法通过无人机航测作业和实地工程测量时间点的测绘，分辨率低不能使用立体测绘卫星数据进行过往历史时间点的三维地形重建，从而无法完整地描述地形地物前后的变化，同时不能三维动态可视化仿真技术，场景建模技术和图形图象处理技术，缺乏真实性,不能以三维显示方式(距离、方位、高度或俯仰角)表达三坐标雷达系统的数据,无法对环境进行仿真重建,而达到逼真的显示效果的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.三维地形重建方法，包括以下步骤：
7.步骤1：获取目标地点的后时相地形数据，来源包括航空摄影测量、实地rtk或全站仪测量、激光雷达测量；
8.步骤2：软件对后时相地形数据进行格式转换、拟合，把这些形式的数据都转换成项目区域的dem；
9.步骤3：获取该目标区域的控制点，对该区域的dem进行控制测量，dem有正确的坐标系统；
10.步骤4：获取目标地区前时相的立体测绘卫星数据；
11.步骤5：打开envi软件dem extraction wizard模块，分别加载前视影像数据与下视影像数据，填写该区域最大最小高程；
12.步骤6：将(3)中获取的控制点进行加载与匹配；
13.步骤7：利用generate tie point automatically自动匹配同名点，调节同名点个数、搜索窗口大小、窗口移动距离等参数，获取合适的同名点数；
14.步骤8：利用view and edit tie points对同名点进行修改；
15.步骤9：软件自动进行匹配与解算，经过校正的dem；
16.步骤10：检查dem图幅，查看其是否有位移、拉花、模糊、扭曲等现象；
17.步骤11：开civil 3d软件，在工具空间里的曲面加载前后时相的dem，加载完毕后即可重建三维地形；
18.步骤12：利用创建曲面里的创建栅格体积曲面，加载前后时相的dem，进行创建，就可以得到前后dem的变化方量。
19.优选的，所述在步骤1中，实地rtk定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。
20.优选的，所述后时相地形数据的形式包括dem、dsm、dtm、dlg、tin、离散高程点、纸质地形图、扫描的地形图图片。
21.优选的，所述dem指的是数字高程模型，实现对地面地形的数字化模拟，dtm指的是数字地面模型，即一个表示地面特征空间分布的数据库，dsm指的是需求侧管理活动，dlg即数字线划地图、数字矢量专题信息，tin指的是一种曲面数据结构，由连续的三角面组成。
22.优选的，所述在步骤4中，三线阵传感器同一遥感平台上的3台线阵列传感器对目标进行立体测绘。
23.优选的，所述在步骤4中，该数据包含三线阵传感器获取的前视、后视、正视数据。
24.优选的，所述在步骤4中，正视的方向为3台线阵列传感器中的1台垂直指向天底方向,前视和后视的方向为另外2台分别指向前进方向的前方和后方。
25.优选的，所述在步骤10中，若有位移、拉花、模糊、扭曲等现象，则重新进行步骤(8)、(9)。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置将立体测绘卫星历史存档数据提取的dem与现有的dem进行结合使用，描述地形前后的变化情况和三维动态可视化仿真技术，场景建模技术和图形图象处理技术，以三维显示方式(距离、方位、高度或俯仰角)表达三坐标雷达系统的数据，解决了无法通过无人机航测作业和实地工程测量时间点的测绘，分辨率低不能使用立体测绘卫星数据进行过往历史时间点的三维地形重建，从而无法完整地描述地形地物前后的变化，同时不能三维动态可视化仿真技术，场景建模技术和图形图象处理技术，缺乏真实性,不能以三维显示方式(距离、方位、高度或俯仰角)表达三坐标雷达系统的数据,无法对环境进行仿真重建,而达到逼真的显示效果的问题，该三维地形重建方法，具备完整地描述地形地物前后的变化和仿真动态显示的优点，。
具体实施方式
27.下面将通过实施例的方式对本发明作更详细的描述，这些实施例仅是举例说明性的而没有任何对本发明范围的限制。
28.本发明提供三维地形重建方法技术方案：三维地形重建方法：包括以下步骤：
29.步骤1：获取目标地点的后时相地形数据，来源包括航空摄影测量、实地rtk或全站
仪测量、激光雷达测量；
30.步骤2：软件对后时相地形数据进行格式转换、拟合，把这些形式的数据都转换成项目区域的dem；
31.步骤3：获取该目标区域的控制点，对该区域的dem进行控制测量，dem有正确的坐标系统；
32.步骤4：获取目标地区前时相的立体测绘卫星数据；
33.步骤5：打开envi软件dem extraction wizard模块，分别加载前视影像数据与下视影像数据，填写该区域最大最小高程；
34.步骤6：将(3)中获取的控制点进行加载与匹配；
35.步骤7：利用generate tie point automatically自动匹配同名点，调节同名点个数、搜索窗口大小、窗口移动距离等参数，获取合适的同名点数；
36.步骤8：利用view and edit tie points对同名点进行修改；
37.步骤9：软件自动进行匹配与解算，经过校正的dem；
38.步骤10：检查dem图幅，查看其是否有位移、拉花、模糊、扭曲等现象；
39.步骤11：开civil 3d软件，在工具空间里的曲面加载前后时相的dem，加载完毕后即可重建三维地形；
40.步骤12：利用创建曲面里的创建栅格体积曲面，加载前后时相的dem，进行创建，就可以得到前后dem的变化方量。
41.实施例一：
42.获取目标地点的后时相地形数据，来源包括航空摄影测量、实地rtk或全站仪测量、激光雷达测量；软件对后时相地形数据进行格式转换、拟合，把这些形式的数据都转换成项目区域的dem；获取该目标区域的控制点，对该区域的dem进行控制测量，dem有正确的坐标系统；获取目标地区前时相的立体测绘卫星数据；打开envi软件dem extraction wizard模块，分别加载前视影像数据与下视影像数据，填写该区域最大最小高程；将(3)中获取的控制点进行加载与匹配；利用generate tie point automatically自动匹配同名点，调节同名点个数、搜索窗口大小、窗口移动距离等参数，获取合适的同名点数；利用view and edit tie points对同名点进行修改；软件自动进行匹配与解算，经过校正的dem；检查dem图幅，查看其是否有位移、拉花、模糊、扭曲等现象；开civil 3d软件，在工具空间里的曲面加载前后时相的dem，加载完毕后即可重建三维地形；利用创建曲面里的创建栅格体积曲面，加载前后时相的dem，进行创建，就可以得到前后dem的变化方量。
43.实施例二：
44.在实施例一中，再加上下述工序：
45.在步骤1中，实地rtk定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。
46.获取目标地点的后时相地形数据，来源包括航空摄影测量、实地rtk或全站仪测量、激光雷达测量；软件对后时相地形数据进行格式转换、拟合，把这些形式的数据都转换成项目区域的dem；获取该目标区域的控制点，对该区域的dem进行控制测量，dem有正确的坐标系统；获取目标地区前时相的立体测绘卫星数据；打开envi软件dem extraction wizard模块，分别加载前视影像数据与下视影像数据，填写该区域最大最小高程；将(3)中
获取的控制点进行加载与匹配；利用generate tie point automatically自动匹配同名点，调节同名点个数、搜索窗口大小、窗口移动距离等参数，获取合适的同名点数；利用view and edit tie points对同名点进行修改；软件自动进行匹配与解算，经过校正的dem；检查dem图幅，查看其是否有位移、拉花、模糊、扭曲等现象；开civil 3d软件，在工具空间里的曲面加载前后时相的dem，加载完毕后即可重建三维地形；利用创建曲面里的创建栅格体积曲面，加载前后时相的dem，进行创建，就可以得到前后dem的变化方量。
47.实施例三：
48.在实施例二中，再加上下述工序：
49.在步骤2中，dem指的是数字高程模型，实现对地面地形的数字化模拟；dtm指的是数字地面模型，即一个表示地面特征空间分布的数据库；dsm指的是需求侧管理活动；dlg即数字线划地图、数字矢量专题信息；tin指的是一种曲面数据结构，由连续的三角面组成。
50.获取目标地点的后时相地形数据，来源包括航空摄影测量、实地rtk或全站仪测量、激光雷达测量；软件对后时相地形数据进行格式转换、拟合，把这些形式的数据都转换成项目区域的dem；获取该目标区域的控制点，对该区域的dem进行控制测量，dem有正确的坐标系统；获取目标地区前时相的立体测绘卫星数据；打开envi软件dem extraction wizard模块，分别加载前视影像数据与下视影像数据，填写该区域最大最小高程；将(3)中获取的控制点进行加载与匹配；利用generate tie point automatically自动匹配同名点，调节同名点个数、搜索窗口大小、窗口移动距离等参数，获取合适的同名点数；利用view and edit tie points对同名点进行修改；软件自动进行匹配与解算，经过校正的dem；检查dem图幅，查看其是否有位移、拉花、模糊、扭曲等现象；开civil 3d软件，在工具空间里的曲面加载前后时相的dem，加载完毕后即可重建三维地形；利用创建曲面里的创建栅格体积曲面，加载前后时相的dem，进行创建，就可以得到前后dem的变化方量。
51.实施例四：
52.在实施例三中，再加上下述工序：
53.在步骤4中，三线阵传感器同一遥感平台上的3台线阵列传感器对目标进行立体测绘；该数据包含三线阵传感器获取的前视、后视、正视数据；正视的方向为3台线阵列传感器中的1台垂直指向天底方向,前视和后视的方向为另外2台分别指向前进方向的前方和后方。
54.获取目标地点的后时相地形数据，来源包括航空摄影测量、实地rtk或全站仪测量、激光雷达测量；软件对后时相地形数据进行格式转换、拟合，把这些形式的数据都转换成项目区域的dem；获取该目标区域的控制点，对该区域的dem进行控制测量，dem有正确的坐标系统；获取目标地区前时相的立体测绘卫星数据；打开envi软件dem extraction wizard模块，分别加载前视影像数据与下视影像数据，填写该区域最大最小高程；将(3)中获取的控制点进行加载与匹配；利用generate tie point automatically自动匹配同名点，调节同名点个数、搜索窗口大小、窗口移动距离等参数，获取合适的同名点数；利用view and edit tie points对同名点进行修改；软件自动进行匹配与解算，经过校正的dem；检查dem图幅，查看其是否有位移、拉花、模糊、扭曲等现象；开civil 3d软件，在工具空间里的曲面加载前后时相的dem，加载完毕后即可重建三维地形；利用创建曲面里的创建栅格体积曲面，加载前后时相的dem，进行创建，就可以得到前后dem的变化方量。
55.在实施例三中，再加上下述工序：
56.在步骤10中，若有位移、拉花、模糊、扭曲等现象，则重新进行步骤(8)、(9)。
57.获取目标地点的后时相地形数据，来源包括航空摄影测量、实地rtk或全站仪测量、激光雷达测量；软件对后时相地形数据进行格式转换、拟合，把这些形式的数据都转换成项目区域的dem；获取该目标区域的控制点，对该区域的dem进行控制测量，dem有正确的坐标系统；获取目标地区前时相的立体测绘卫星数据；打开envi软件dem extraction wizard模块，分别加载前视影像数据与下视影像数据，填写该区域最大最小高程；将(3)中获取的控制点进行加载与匹配；利用generate tie point automatically自动匹配同名点，调节同名点个数、搜索窗口大小、窗口移动距离等参数，获取合适的同名点数；利用view and edit tie points对同名点进行修改；软件自动进行匹配与解算，经过校正的dem；检查dem图幅，查看其是否有位移、拉花、模糊、扭曲等现象；开civil 3d软件，在工具空间里的曲面加载前后时相的dem，加载完毕后即可重建三维地形；利用创建曲面里的创建栅格体积曲面，加载前后时相的dem，进行创建，就可以得到前后dem的变化方量。
58.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.三维地形重建方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：获取目标地点的后时相地形数据，来源包括航空摄影测量、实地rtk或全站仪测量、激光雷达测量；步骤2：软件对后时相地形数据进行格式转换、拟合，把这些形式的数据都转换成项目区域的dem；步骤3：获取该目标区域的控制点，对该区域的dem进行控制测量，dem有正确的坐标系统；步骤4：获取目标地区前时相的立体测绘卫星数据；步骤5：打开envi软件dem extraction wizard模块，分别加载前视影像数据与下视影像数据，填写该区域最大最小高程；步骤6：将(3)中获取的控制点进行加载与匹配；步骤7：利用generate tie point automatically自动匹配同名点，调节同名点个数、搜索窗口大小、窗口移动距离等参数，获取合适的同名点数；步骤8：利用view and edit tie points对同名点进行修改；步骤9：软件自动进行匹配与解算，经过校正的dem；步骤10：检查dem图幅，查看其是否有位移、拉花、模糊、扭曲等现象；步骤11：开civil 3d软件，在工具空间里的曲面加载前后时相的dem，加载完毕后即可重建三维地形；步骤12：利用创建曲面里的创建栅格体积曲面，加载前后时相的dem，进行创建，就可以得到前后dem的变化方量。2.根据权利要求1所述的三维地形重建方法，其特征在于：所述在步骤1中，实地rtk定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。3.根据权利要求1所述的三维地形重建方法，其特征在于：所述在步骤2中，所述后时相地形数据的形式包括dem、dsm、dtm、dlg、tin、离散高程点、纸质地形图、扫描的地形图图片。4.根据权利要求3所述的三维地形重建方法，其特征在于：所述在步骤2中，所述dem指的是数字高程模型，实现对地面地形的数字化模拟，dtm指的是数字地面模型，即一个表示地面特征空间分布的数据库，dsm指的是需求侧管理活动，dlg即数字线划地图、数字矢量专题信息，tin指的是一种曲面数据结构，由连续的三角面组成。5.根据权利要求1所述的三维地形重建方法，其特征在于：所述在步骤4中，三线阵传感器同一遥感平台上的3台线阵列传感器对目标进行立体测绘。6.根据权利要求1所述的三维地形重建方法，其特征在于：所述在步骤4中，该数据包含三线阵传感器获取的前视、后视、正视数据。7.根据权利要求6所述的三维地形重建方法，其特征在于：所述在步骤4中，正视的方向为3台线阵列传感器中的1台垂直指向天底方向,前视和后视的方向为另外2台分别指向前进方向的前方和后方。8.根据权利要求1所述的三维地形重建方法，其特征在于：所述在步骤10中，若有位移、拉花、模糊、扭曲等现象，则重新进行步骤(8)、(9)。
技术总结
本发明公开了三维地形重建方法，获取目标地点的后时相地形数据，来源包括航空摄影测量、实地rtk或全站仪测量、激光雷达测量；软件对后时相地形数据进行格式转换、拟合，把这些形式的数据都转换成项目区域的Dem；获取该目标区域的控制点，对该区域的Dem进行控制测量，Dem有正确的坐标系统；获取目标地区前时相的立体测绘卫星数据；打开envi软件DEMExtractionWizard模块，分别加载前视影像数据与下视影像数据；本发明通过设置将立体测绘卫星历史存档数据提取的DEM与现有的DEM进行结合使用，描述地形前后的变化情况和三维动态可视化仿真技术，场景建模技术和图形图象处理技术，以三维显示方式(距离、方位、高度或俯仰角)表达三坐标雷达系统的数据。仰角)表达三坐标雷达系统的数据。


技术研发人员：袁畅 晏家兴 杨金彪 杨得铨
受保护的技术使用者：中国太平洋财产保险股份有限公司
技术研发日：2021.03.02
技术公布日：2021/6/29