本發(fā)明涉及一種公路地形圖測繪方法，尤其是一種基于車載和機(jī)載點云融合的公路地形圖測繪方法，還涉及基于車載和機(jī)載點云融合的公路地形圖測繪系統(tǒng)，屬于測繪工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著十三五交通建設(shè)工作的日益推進(jìn)，公路測量工作面臨著時間緊、任務(wù)重的壓力，大量的建設(shè)項目需要進(jìn)行沿線地形圖測繪工作。

傳統(tǒng)的測繪方法主要有航空攝影測量測圖、衛(wèi)星立體測圖和全野外數(shù)字測圖方法，前兩者屬于面采集方法，后者屬于單點采集方法。上述三種傳統(tǒng)的測繪方法對對工作人員的專業(yè)化程度要求相對較高，所需要的工作周期較長、工作效率低且儀器設(shè)備、人工成本都較大，在公路測圖需求快速發(fā)展的今天，這幾種方法已不能滿足實際工程的需要。而且各種方法之間交叉協(xié)作關(guān)系不大，通常以一種方法為主要工作方式，其余方法做校核之用。

基于車載激光雷達(dá)測繪技術(shù)和無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的測繪方法在這幾年發(fā)展比較迅猛，在各自領(lǐng)域都已經(jīng)取得了較多的科研成果和工程實踐經(jīng)驗。激光雷達(dá)測繪技術(shù)在多等級三維空間點云數(shù)據(jù)實時獲取方面取得突破是在上個世紀(jì)80年代，但由于電腦軟硬件技術(shù)方面的限制，直到本世紀(jì)初才由optech、foro、rigl等公司研制出較為成熟的三維激光車載測量產(chǎn)品。其主要工作原理是利用激光掃描儀獲取區(qū)域空間的實時點云數(shù)據(jù)，并配合慣導(dǎo)系統(tǒng)、gps設(shè)備、全景相機(jī)設(shè)備等，完成空間矢量點云、影像數(shù)據(jù)的采集。最后通過軟件輸出可利用的測繪產(chǎn)品；另一方面，關(guān)于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，它和傳統(tǒng)攝影技術(shù)存在著一定的差異。傳統(tǒng)影像是通過飛機(jī)上搭載的航攝儀對地面連續(xù)攝取相片，而后經(jīng)過一系列的內(nèi)業(yè)處理得到的影像數(shù)據(jù)，獲取的成果只有地物俯視角度信息，也就是視角垂直于地面。盡管這兩種方法在技術(shù)上都已經(jīng)實現(xiàn)了較大的突破，但都存在其局限性。車載激光雷達(dá)測繪技術(shù)主要受采集數(shù)據(jù)區(qū)域面積、道路通行能力等方面限制，其生產(chǎn)出的點云密度和精度雖然都較高，但應(yīng)用到實際工程中，就存在帶寬不足、測繪區(qū)域限制等問題。換句話說就是，需要采集的區(qū)域內(nèi)必須要有可以車輛通行的道路才可以，且視線不能被完全遮擋。而無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)雖然測繪面積較大，但存在后期計算較為復(fù)雜、精度不足，準(zhǔn)確性不高等問題。截止目前，還沒有人利用這兩種技術(shù)的優(yōu)缺點，將二者有效的結(jié)合起來，在既滿足精度要求、帶寬要求、操作簡便性的同時，提高工作效率，解決實際工作難題，從而滿足實際公路測繪工作的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明將無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)和車載激光雷達(dá)測繪技有效的結(jié)合起來，在既滿足精度要求、帶寬要求、操作簡便性的同時，提高工作效率，解決實際工作難題，從而滿足實際公路測繪工作的需求，具體方案如下：

一種基于車載和機(jī)載點云的公路地形圖測繪方法，包括如下步驟：

（1）、利用車載掃描系統(tǒng)采集道路高密度三維矢量點云數(shù)據(jù)；

（2）、利用無人機(jī)，采用傾斜攝影采集數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)解算得到高密度三維矢量點云數(shù)據(jù)；

（3）、分別對步驟（1）和（2）中的高密度三維矢量點云數(shù)據(jù)分別進(jìn)行去噪處理，同時利用步驟（2）的三維點云數(shù)據(jù)生成的真三維模型；

（4）、對步驟（3）中去噪處理后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行投影抽稀處理，具體抽稀密度以實際工程需要為準(zhǔn)；

（5）、將步驟（4）中投影抽稀后的車載和機(jī)載點云數(shù)據(jù)融合；

（6）、將融合后的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行二次投影抽稀處理，具體抽稀密度以實際工程需要為準(zhǔn)；

（7）、將二次投影抽稀處理的點云數(shù)據(jù)生成dem圖，對其內(nèi)部及邊界進(jìn)行修正，得到原始地形圖；

（8）、對步驟（3）生成的真三維模型進(jìn)行地形圖地物要素的矢量化采集，疊置到原始地形圖上，生成最終地形圖，地形圖的比例尺以實際工程需要為準(zhǔn)。

進(jìn)一步地，所述步驟（1）中利用車載掃描系統(tǒng)采集道路點云數(shù)據(jù)具體包括如下步驟：a、在衛(wèi)星信號較好的已知控制點位置架設(shè)基站；b、調(diào)試車載流動站配置與調(diào)整車身位置；c、通過一體化激光監(jiān)測掃描車，在車體高速移動的過程中采集高密度三維點云。

進(jìn)一步地，移動站與基站之間的距離不超過20km。

進(jìn)一步地，所述步驟（2）中，通過空中三角測量平差、密集匹配生成高密度三維點云。

進(jìn)一步地，所述傾斜攝影是通過無人機(jī)搭載的五鏡頭傾斜相機(jī)從前、后、左、右、垂直五個方向?qū)Φ匚镞M(jìn)行拍攝。

進(jìn)一步地，將車載采集處理后的點云數(shù)據(jù)與機(jī)載采集去噪處理后的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，得到融合數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，兩次投影抽稀處理的點云數(shù)據(jù)精度相同。

本發(fā)明涉及的一種基于車載和機(jī)載點云的公路地形圖測繪系統(tǒng)，包括：

激光監(jiān)測掃描車，包括車體和第一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，第一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括設(shè)于車體頂部的激光掃描儀、慣導(dǎo)系統(tǒng)、車用gps和影像采集系統(tǒng)。其中，激光掃描儀、慣導(dǎo)系統(tǒng)、gps和影像采集系統(tǒng)與車內(nèi)電腦相連；

無人機(jī)，包括飛控系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，第二數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括搭載的可從前、后、左、右、垂直五個方向?qū)Φ匚镞M(jìn)行拍攝的五鏡頭傾斜相機(jī)和機(jī)用gps；

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，將第一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地形圖。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括解算模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)融合模塊和三維建模模塊；解算模塊將無人機(jī)的五個鏡頭傾斜相機(jī)采集的數(shù)據(jù)和激光監(jiān)測掃描車采集的數(shù)據(jù)解算為高密度三維矢量點云數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析模塊對解算的高密度三維點云矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、投影抽稀處理；數(shù)據(jù)融合模塊將傾斜相機(jī)和激光監(jiān)測掃描車采集的去噪、投影抽稀處理數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理；三維建模模塊將解算的三維點云數(shù)據(jù)生成真三維模型；

本發(fā)明的有益效果如下：

（1）本發(fā)明將車載激光雷達(dá)測繪和無人機(jī)傾斜攝影測繪這兩種新興技術(shù)有效結(jié)合，提高了公路工程地形測繪工作效率，降低工作成本，加大地形圖測繪成果精度，克服了傳統(tǒng)方法效率低，危險性高，周期長、時效性差等缺陷，具有一定的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（2）彌補(bǔ)了車載激光雷達(dá)測繪技術(shù)帶寬不足、測繪區(qū)域覆蓋不足的缺陷，也彌補(bǔ)了無人后期計算較為復(fù)雜、精度不足，準(zhǔn)確性不高的問題。發(fā)揮其各自技術(shù)優(yōu)勢，是一種快速生成地形圖的方法，加大地形圖測繪成果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而滿足快速公路工程測圖的需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于車載和機(jī)載點云數(shù)據(jù)融合的公路地形圖測繪方法的流程圖；

圖2為車載掃描系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)框圖；

圖3為車載掃描系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)示意圖；

圖4為采用傾斜攝影的無人機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為無人機(jī)的五鏡頭傾斜相機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是對本發(fā)明一部分實例，而不是全部的實例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實施例1

如圖1所示，本實施例涉及的一種基于車載和機(jī)載點云的公路地形圖測繪方法，包括如下步驟：

（1）、利用車載掃描系統(tǒng)采集道路高密度三維矢量點云數(shù)據(jù)，具體包括如下步驟：a、在衛(wèi)星信號較好的已知控制點位置架設(shè)基站；b、調(diào)試車載流動站配置與調(diào)整車身位置；c、通過一體化激光監(jiān)測掃描車，在車體高速移動的過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集高密度三維點云，確保采集數(shù)據(jù)的正確性和可用性。架設(shè)基站的目的是為了通過固定基站所觀測到的gps信號，來校正移動站所觀測gps信號的誤差。進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前，基站必須架設(shè)完成，并開始正常工作?；疚恢眠x擇要正確，通常情況下移動站與基站之間的距離不能超過20km，即每次架設(shè)好基站后，移動站的工作范圍限定在以基站為中心，半徑20km的圓形區(qū)域內(nèi)。

（2）、利用無人機(jī)，采用傾斜攝影采集數(shù)據(jù)，通過無人機(jī)搭載的五鏡頭傾斜相機(jī)從前、后、左、右、垂直五個方向?qū)Φ匚镞M(jìn)行拍攝，然后通過空中三角測量平差、密集匹配得到高密度三維矢量點云數(shù)據(jù)；所用軟件為bentleycontextcapture。

（3）、分別對步驟（1）和（2）中的高密度三維矢量點云數(shù)據(jù)分別進(jìn)行去噪處理，同時利用步驟（2）的三維點云數(shù)據(jù)生成真三維模型；去噪處理主要針對，對生成地形圖有影響的構(gòu)造及地物進(jìn)行去除，包括樹木、空中浮點等；去噪處理所用軟件為hd_3ls_scene、三維建模所用軟件為bentleycontextcapture。

（4）、對步驟（3）中去噪處理后的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行投影抽稀處理，具體抽稀密度以實際工程需要為準(zhǔn)。一般根據(jù)實際工程需要，抽稀2m、5m、10m、20m、30m不等；投影抽稀處理用hd_3ls_scene。

（5）、將步驟（4）中投影抽稀后的車載和機(jī)載點云數(shù)據(jù)融合。點云數(shù)據(jù)融合具體是用hd_3ls_scene打開車載點云數(shù)據(jù)，再打開機(jī)載點云數(shù)據(jù)，實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)融合；確保上述兩種融合數(shù)據(jù)是在同一坐標(biāo)控制下生成的點云數(shù)據(jù)，保證坐標(biāo)的一致性，既可以是相對，也可是絕對的。

（6）、將融合后的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行二次投影抽稀處理，具體抽稀密度以實際工程需要為準(zhǔn)，兩次投影抽稀處理的精度相同。隨后需要對抽稀處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，刪除對生成地形圖有影響的噪點點云數(shù)據(jù)，確保最終數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；

（7）、將二次投影抽稀處理的點云數(shù)據(jù)生成dem圖，對其內(nèi)部及邊界進(jìn)行修正，得到原始地形圖；

（8）、對步驟（3）生成的真三維模型進(jìn)行地形圖地物要素的矢量化采集，疊置到原始地形圖，生成最終地形圖，地形圖的比例尺以實際工程需要為準(zhǔn)。

實施例2

如圖2-5所示，實現(xiàn)實施例1所用的基于車載和機(jī)載點云的公路地形圖測繪系統(tǒng)，包括：激光監(jiān)測掃描車、無人機(jī)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，激光監(jiān)測掃描車包括車體1、設(shè)于車體頂部的激光掃描儀2、慣導(dǎo)系統(tǒng)（imu）3、車用gps4、車輪編碼器（dmi）、影像采集系統(tǒng)（ccd）5，其中，gps設(shè)于車體頂部。

如圖2所示，機(jī)用gps、激光掃描儀（lidar）、慣導(dǎo)系統(tǒng)（imu）、車輪編碼器（dmi）、影像采集系統(tǒng)（ccd）和全景相機(jī)的信號進(jìn)入同步控制器（syn-control），然后由車內(nèi)電腦（pc）采集和儲存。

如圖4所示，無人機(jī)包括設(shè)于機(jī)體下方的五鏡頭傾斜相機(jī)8、飛控系統(tǒng)7、動力系統(tǒng)9和gps10，還設(shè)有支架11。五鏡頭傾斜相機(jī)8包括連接架8.1、前鏡頭8.2、后鏡頭、下鏡頭8.4、左鏡頭和右鏡頭8.3，可從前、后、左、右、垂直五個方向?qū)Φ匚镞M(jìn)行拍攝。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，將激光監(jiān)測掃描車和無人機(jī)采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地形圖。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括解算模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)融合模塊和三維建模模塊；解算模塊將無人機(jī)的五個鏡頭傾斜相機(jī)采集的數(shù)據(jù)和激光監(jiān)測掃描車采集的數(shù)據(jù)解算為高密度三維矢量點云數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析模塊對解算的高密度三維矢量點云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、投影抽稀處理；數(shù)據(jù)融合模塊將傾斜相機(jī)和激光監(jiān)測掃描車采集的去噪、投影抽稀處理數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理；三維建模模塊將解算的三維點云數(shù)據(jù)生成真三維模型；

數(shù)據(jù)融合所用軟件為hd_3ls_scene，對數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理；無人機(jī)解算處理所用軟件為bentleycontextcapture；數(shù)據(jù)分析（去燥、抽?。┧密浖閔d_3ls_scene軟件；三維建模所用軟件為bentleycontextcapture，利用無人機(jī)的三維點云數(shù)據(jù)生成真三維模型。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。