一种集倾斜摄影测量与三维激光扫描的陡崖三维建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112465966A(43)申请公布日2021.03.09(21)申请号202011311379.XG01C11/08(2006.01)(22)申请日2020.11.20G01B11/24(2006.01)G01B11/00(2006.01)(71)申请人昆明理工大学地址650000云南省昆明市五华区学府路253号(72)发明人杨明龙夏永华唐秀娟吕杰常河宗慧琳侯云花(74)专利代理机构昆明合盛知识产权代理事务所(普通合伙)53210代理人龙燕(51)Int.Cl.G06T17/05(2011.01)G06T17/20(2006.01)G06T7/33(2017.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种集倾斜摄影测量与三维激光扫描的陡崖三维建模方法(57)摘要本发明公开了一种集倾斜摄影测量与三维激光扫描的陡崖三维建模方法；将三维激光扫描技术与无人机低空倾斜摄影测量采集的点云数据进行融合，可以应用于考古、古建筑建模、变形监测等领域；采用地面与空中相结合的方式进行采集，二者可以相互弥补测量模型拉花、底部效应、前后相互遮挡的扫描盲区等缺陷。CN112465966ACN112465966A权利要求书1/2页1.一种集倾斜摄影测量与三维激光扫描的陡崖三维建模方法，主要包括以下三个步骤：地面式三维激光扫描技术数据采集、无人机倾斜摄影测量技术数据采集、多点云数据融合、三维模型建立。2.根据权利要求1所述一种集倾斜摄影测量与三维激光扫描的陡崖三维建模方法，其特征在于，所述所述地面式三维激光扫描技术数据采集包括以下步骤：(1)进行现场踏勘确定主要的扫描区域，然后针对扫描区域进行扫描测站的大致确定；(2)布设控制网，进行控制测量，得到控制点坐标作为计算测站坐标的基准；(3)放置三维激光扫描仪，对仪器进行参数设置，然后进行数据采集；(4)点云数据使用扫描仪配套软件MaptekI-SiteStudio进行拼接、去噪等预处理。3.根据权利要求2所述一种集倾斜摄影测量与三维激光扫描的陡崖三维建模方法，其特征在于，所述步骤(3)中在数据采集时根据实际情况进行测站的增减，一般是在保证精度的前提下，用较少的视点覆盖测量区域，并在扫描时画草图以方便内业数据处理。4.根据权利要求3所述一种集倾斜摄影测量与三维激光扫描的陡崖三维建模方法，其特征在于，在数据采集时根据实际情况进行测站的增减，当增加测站时测站点位置信息可以是未知的，但扫描区域要有一定的重叠度，一般不少于30％；也可以使用靶标，将靶标放置在扫描区域相邻测站至少有3个公共靶标，且不在一条直线上，如果设有4个靶标，则不在同一平面上；测出靶标精确坐标，从而为不同测站的扫描数据提供配准参考。5.根据权利要求1所述一种集倾斜摄影测量与三维激光扫描的陡崖三维建模方法，其特征在于，所述无人机倾斜摄影测量技术数据采集包括以下步骤：(1)在数据采集前对测区做控制及像控点的布设；(2)对测区进行航线规划及相应参数的调整设置；航向重叠80％，旁向重叠80％，航线高距离起飞点行高150米；(3)操控大疆精灵4Pro无人机进行数据采集；(4)数据处理时，将模糊相片剔除，采用CntextCaptureCenter软件进行处理生成点云数据。6.根据权利要求1所述一种集倾斜摄影测量与三维激光扫描的陡崖三维建模方法，其特征在于，所述多点云数据融合采用统一坐标系法与改进ICP算法相结合的方法，具体步骤如下：三维激光点云和无人机倾斜摄影测量影像转换点云分别用PT，PS表示，删减PS中无需融合的冗余数据，采用统一坐标法在PT，PS中寻找同名点对进行粗略融合。多点云数据量大，为提高融合效率对PT，PS均匀采样得到在多点云融合接口部分寻找出局部特征，用改进ICP算法对局部特征进行快速融合。加人旋转角约束和动态送代系数的改进ICP算法：T(1)给定刚体变换初q0＝[R0,t0]，R0为初始旋转矩阵，t0为初始平移矢量，令迭代次数k＝0，动态迭代系数h＝0；(2)估计旋转角θx，θy，θz的边界，即θx∈[θxb-Δθx,θxb+Δθx]，θz∈[θzb-Δθz,θzb+Δθz]，θxb，θyb，θzb是旋转角的均值；(3)采用ICP算法建立点云和的相关性ck(i)；2CN112465966A权利要求书2/2页T(4)利用奇异值分解法计算旋转矩阵Rk+1和平移矢量tk+1则qk+1＝[Rk+1,tk+1]；(5)计算qk+1的相邻两次迭代的变化量Δqk+1；(6)利用公式4计算即新的刚体变换(Rk+1,tk+1)；(7)判断均方根误差RMS，若RSMk+1-RSMk＞ε则执行h＝h+1操作，否则执行h＝0操作，RMS的定义为