CN107741233A - 一种三维室外地图的构建方法 - Google Patents

一种三维室外地图的构建方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107741233A
CN107741233A CN201711102602.8A CN201711102602A CN107741233A CN 107741233 A CN107741233 A CN 107741233A CN 201711102602 A CN201711102602 A CN 201711102602A CN 107741233 A CN107741233 A CN 107741233A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dimensional
point
gnss
information
construction method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711102602.8A
Other languages
English (en)
Inventor
陈越凡
林宗涨
张伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bang Bang Electronic Technology (shanghai) Co Ltd
Original Assignee
Bang Bang Electronic Technology (shanghai) Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bang Bang Electronic Technology (shanghai) Co Ltd filed Critical Bang Bang Electronic Technology (shanghai) Co Ltd
Priority to CN201711102602.8A priority Critical patent/CN107741233A/zh
Publication of CN107741233A publication Critical patent/CN107741233A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/28—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network with correlation of data from several navigational instruments
    • G01C21/30—Map- or contour-matching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/48—Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Processing Or Creating Images (AREA)
  • Instructional Devices (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

本发明提供了一种三维地图的构建方法，包括以下步骤：预设生成出具有三维等距特性的采集点阵；使用包含RTK‑GNSS采集装置和图像采集装置的移动设备同时进行数据采集；通过特征点匹配，将图像信息与实时采集的GNSS数据进行匹配结合；将相应的镜头姿态与云台的姿态以及拍摄点的GNSS坐标进行融合，产生相应的位置估计；由二维匹配点通过三角测量法计算出三维点的空间坐标；根据三维匹配点信息作出投影矩阵，并对三维点的位置信息进行光束法平差，得出最优效果解；根据得到的最优解生成三维点云。本发明仅在设定位点位进行数据采集，利用算法将附有RTK‑GNSS的图像数据进行拼接而生成相应的三维地图，因此避免了大量RTK‑GNSS数据和图像数据处理导致的***运行效率下降的情况。

Description

一种三维室外地图的构建方法
本发明总体地涉一种三维室外地图的构建方法，特别是涉及一种基于差分GNSS与视觉图像的三维室外地图建立方法。
背景技术
随着高精度地图的需求日渐强烈，对于高精度地图的建立方式还比较统。
到目前为止，百度、高德地图、四维图新等提供的专用地图还维持在最高亚米级别，厘米级的高精度地图使用传统的地图建立方式还无法达到。
现有的厘米级高精度地图多数采用激光或者RTK差分GPS的方式，使用人力在地图边界或者障碍物轮廓，逐个采点。
现有技术的实施方式为：使用一套RTK-GNSS设备，对需要定位的边界每个点进行多次测量，取平均值得到定位点的相对坐标，重复以上工序。
将整个坐标的文件导入地图工具，即可获得一张有用的高精度地图。
申请号为201410650423.8的专利文献记载了一种差分卫星定位***的电子地图绘制装置，其利用差分基站来接收卫星信号，并通过无线通讯模式将当前差分校准信息进行广播；差分移动站，安装于车辆上实现高精度车辆定位；视频采集***，放置于车辆上，包括至少一路摄像机，摄像机可实时采集车辆运行过程中的道路图像；处理器，放置在车辆上，用于实时保存所述差分移动站获取的车辆定位信息，以及所述视频采集***采集的道路图像。
申请号为201710236477.3的专利文献记载本发明公开了一种基于高精度三维地图的视觉定位***及方法，该***包括：数据采集模块，用于采集当前位置的图像数据和GNSS 数据；采集辅助模块，用于数据传输；电源模块，用于为***模块供电；数据处理模块，用于存储视觉地图信息，处理所采集的GNSS数据和图像数据，包括GNSS数据匹配，特征点提取与匹配，最终实现定位功能。
现有技术有着以下几个方面的不足：1.对于人工构建的技术而言，地图构建效率较低，需要手动进行测绘，描点工作。流程上也考验工作的专业程度；每个边界都需要人力操作；一个地图需要多个工人，对于复杂的对象，时间成本较大；2.对于当前的基于RTK-GNSS结合图像采集的方法，需要对大量GNSS数据和图像数据处理进行处理，导致的***运行效率下降。
发明内容
本发明将RTK-GNSS数据与采集的图像进行融合，利用后台算法将所得的图像进行拼接，以此来克服现有技术中的低效率问题。
本发明利用RTK-GNSS信息与图像信息进行融合，采用智能算法来对信息进行筛选与拼接，以此来克服现有技术中效率低和处理过程较为复杂的问题。
本发明利用以下步骤来实现技术效果的：
在对数据采集之前需预先设定好采集轨迹，采集轨迹由采集点所轨迹具有三维特性，即每个采集点在前后左右上下六个方位与周围的点的距离相等，呈现出规则的三维点阵结构。
使用带有图像采集模块以及定位模块的飞行器、地面或海面移动设备进行自动或者手动的移动采点，飞行定位由RTK-GNSS提供坐标数据。
当产生的数据达到厘米级精度且达到预定设定点时采集当前点的数据并保存，同时对此点的图像信息进行采集。
若采集设备到达预设点所计算得到的RTK-GNSS数据并未达到厘米级精度，则***不采取此点信息。
以上进行采集得到的数据包括RTK-GNSS坐标信息；云台姿态信息包括与引力方向的倾角，与南北磁极的偏移角，云台姿态信息为高精度惯性传感器提供，主要提供云台航向角以及对地偏角信息，静态误差不超过1度；图片信息包括像素为m×n的图像。
对每一幅图片进行平面特征点分析，找出相应特征点，并轮流对每一对图片都进行特征点匹配，从而得出匹配的点集。
对产生的匹配点集进行相关极几何分析，剔除可靠度较差的点集。
对GNSS数据与IMU姿态进行位置估算，将相应的镜头姿态与云台的姿态以及拍摄点的GNSS坐标进行融合，产生相应的位置估计。
根据点信息，通过三角测量法计算出相应点的空间三维坐标。
通过已产生的三维信息，找出与每张图片的相关点，同时使用二维点与三维点的信息，找出对应的投影矩阵。
对三维点的位置信息进行光束法平差，得出最优效果解。
拼接已得到的最优解数据，生成三维点云，即为最终的三维室外地图。
本方案能实时记录照片及位置以及摄像机的校正信息，并通过算法优化地理信息。相对于其它技术方案，能非常准确的结合拍摄点的坐标，并准确的构建精准三维场景地图。并且利用算法将附有RTK-GNSS的图像数据进行拼接而生成相应的三维地图，因此避免了大量RTK-GNSS数据和图像数据处理导致的***运行效率下降的情况。
此外，此方法还能产生以下有益效果：.方案经济成本相对传统方式较低，不需要人力值守；长期维护比较方便，使用与第一次建立地图的方式同样的方法，迅速获得地图更新；地图三维化，相比较普通地图，含有高度以及外型轮廓等信息。建立地图迅速，由后端服务器进行处理，区域内地图可以在几小时内实时输出。
附图说明
结合附图，通过下文的详细说明，可更清楚地理解本发明的优点，其中：
图1为：数据采集模块组成图；
图2为：后处理阶段流程图。
具体实施方式
以下为本发明名的具体实施方式，整个地图的构建方法分为两步：数据采集过程和数据处理过程。
数据采集过程
采集轨迹设定：在对数据采集之前需预先设定好采集轨迹，采集轨迹由采集点所轨迹具有三维特性。
数据采集：使用带有图像采集模块以及定位模块的移动设备进行自动或者手动的移动采点，定位由RTK-GNSS提供坐标数据。
当产生的数据达到厘米级精度且达到预定设定点时采集当前点的数据并保存，同时对此点的图像信息进行采集。
采集判断：若采集设备到达预设点所计算得到的RTK-GNSS数据并未达到厘米级精度，则***不采取此点信息。
以上进行采集得到的数据包括RTK-GNSS坐标信息；云台姿态信息包括与引力方向的倾角，与南北磁极的偏移角，云台姿态信息为高精度惯性传感器提供，主要提供云台航向角以及对地偏角信息，静态误差不超过1度；图片信息包括像素为m×n的图像以及摄像机内部参数。
数据处理过程
步骤S1
图片数据标准化处理
步骤S2
特征点查找以及匹配：对每一幅图片进行平面特征点分析，使用HOG与SIFT找出相应图像特征点，并轮流对每一对图片都进行特征点匹配，从而得出匹配的点集。
步骤S3
极几何可靠性估计：对产生的匹配点集进行相关极几何分析，剔除可靠度较差的点集。具体实现为，对于需要匹配的图像中的某个特征点，查找所有图片中与之最近的关键特征点并几下特征点相互距离d1，与次关键特征点进行比较，同时记下与次特征点相互距离d2。当 d1/d2<threshold,此threshold可调整。若满足此条件，则视为匹配正确。
步骤S4
对GNSS数据与IMU姿态进行位置估算：将相应的镜头姿态与云台的姿态以及拍摄点的GNSS坐标进行融合，产生相应的位置估计。GNSS数据格式为离基站相对位置坐标：东，北，高，以及云台姿态数据：偏航角，俯仰角，滚动角。
步骤S5
由二维匹配点通过三角测量法计算出三维点的空间坐标并做融合：根据点信息，通过三角测量法计算出相应点的空间三维坐标。并与GNSS坐标以及云台姿态信息进行数据融合，得出最佳三维坐标结果。
步骤S6
由三维匹配点信息作出投影矩阵：通过已产生的三维信息，找出与每张图片的相关点，同时使用二维点与三维点的信息，找出对应的投影矩阵。
步骤S7
使用光束法平差精细对点坐标进行统计处理：对三维点的位置信息进行光束法平差，得出最优效果解。
拼接已得到的最优解数据，与原始图像数据进行融合，生成三维点云，即为最终的三维室外地图。

Claims (7)

1.一种三维室外地图的构建方法，其特征为：地图的构建方法包括以下几个步骤：
预设生成出具有三维等距特性的采集点阵；
使用包含RTK-GNSS采集装置和图像采集装置的移动设备同时进行数据采集，并根据精度需求剔除未达标的采集点数据；
通过特征点匹配，将图像信息与实时采集的GNSS数据进行匹配结合，并利用极几何进行可靠性估计，剔除可靠性较差的点；
将相应的镜头姿态与云台的姿态以及拍摄点的GNSS坐标进行融合，产生相应的位置估计；
由二维匹配点通过三角测量法计算出三维点的空间坐标，并与GNSS坐标以及云台姿态信息进行数据融合，得出最佳三维坐标结果；
根据三维匹配点信息做出投影矩阵，并对三维点的位置信息进行光束法平差，得出最优效果解；
拼接已得到的最优解数据，与原始图像数据进行融合，生成三维点云。
2.根据权利要求1所述的一种三维室外地图的构建方法，其特征为：所述移动设备可为飞行设备或海陆环境下的可移动设备。
3.根据权利要求1所述的一种三维室外地图的构建方法，其特征为：所述数据采集过程为，每到预设定的位点便进行数据采集，其采集的数据包括RTK-GNSS坐标信息与图像信息。
4.根据权利要求1所述的一种三维室外地图的构建方法，其特征为：所述云台姿态信息包括与引力方向的倾角，与南北磁极的偏移角。
5.根据权利要求1所述的一种三维室外地图的构建方法，其特征为：所述特征点匹配是对每一幅图片进行平面特征点分析，找出相应特征点，并轮流对每一对图片都进行特征点匹配，从而得出匹配的点集。
6.根据权利要求1所述的一种三维室外地图的构建方法，其特征为：所述做出投影矩阵是通过已产生的三维信息，找出与每张图片的相关点，同时使用二维点与三维点的信息，找出对应的投影矩阵。
7.根据权利要求4所述的一种三维室外地图的构建方法，其特征为：所述云台姿态信息由九轴传感器或RTK双天线定向获得。
CN201711102602.8A 2017-11-10 2017-11-10 一种三维室外地图的构建方法 Pending CN107741233A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711102602.8A CN107741233A (zh) 2017-11-10 2017-11-10 一种三维室外地图的构建方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711102602.8A CN107741233A (zh) 2017-11-10 2017-11-10 一种三维室外地图的构建方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107741233A true CN107741233A (zh) 2018-02-27

Family

ID=61234399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711102602.8A Pending CN107741233A (zh) 2017-11-10 2017-11-10 一种三维室外地图的构建方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107741233A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109993700A (zh) * 2019-04-03 2019-07-09 百度在线网络技术（北京）有限公司 数据处理方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质
CN110647600A (zh) * 2018-06-26 2020-01-03 百度在线网络技术（北京）有限公司 三维地图的构建方法、装置、服务器及存储介质
WO2020108285A1 (zh) * 2018-11-30 2020-06-04 华为技术有限公司 地图构建方法、装置及***、存储介质
CN111784798A (zh) * 2020-06-30 2020-10-16 滴图(北京)科技有限公司 地图生成方法、装置、电子设备和存储介质
CN113039554A (zh) * 2018-10-15 2021-06-25 维索利克斯有限公司 用于确定环境地图的方法和装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104376598A (zh) * 2014-12-09 2015-02-25 鞍钢集团矿业公司 利用飞机航拍影像的露天矿采剥量计算方法
CN104484668A (zh) * 2015-01-19 2015-04-01 武汉大学 一种无人机多重叠遥感影像的建筑物轮廓线提取方法
WO2017021778A2 (en) * 2015-08-03 2017-02-09 Tomtom Global Content B.V. Methods and systems for generating and using localisation reference data
CN106780729A (zh) * 2016-11-10 2017-05-31 中国人民解放军理工大学 一种无人机序列影像批处理三维重建方法
CN107084727A (zh) * 2017-04-12 2017-08-22 武汉理工大学 一种基于高精度三维地图的视觉定位***及方法
CN107314762A (zh) * 2017-07-06 2017-11-03 广东电网有限责任公司电力科学研究院 基于无人机单目序列影像的电力线下方地物距离检测方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104376598A (zh) * 2014-12-09 2015-02-25 鞍钢集团矿业公司 利用飞机航拍影像的露天矿采剥量计算方法
CN104484668A (zh) * 2015-01-19 2015-04-01 武汉大学 一种无人机多重叠遥感影像的建筑物轮廓线提取方法
WO2017021778A2 (en) * 2015-08-03 2017-02-09 Tomtom Global Content B.V. Methods and systems for generating and using localisation reference data
CN106780729A (zh) * 2016-11-10 2017-05-31 中国人民解放军理工大学 一种无人机序列影像批处理三维重建方法
CN107084727A (zh) * 2017-04-12 2017-08-22 武汉理工大学 一种基于高精度三维地图的视觉定位***及方法
CN107314762A (zh) * 2017-07-06 2017-11-03 广东电网有限责任公司电力科学研究院 基于无人机单目序列影像的电力线下方地物距离检测方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周春艳 等: "基于五点算法估计基础矩阵的研究", 《计算机技术与发展》 *
齐菲菲: "基于多幅图像序列的三维重建算法的研究", 《万方》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110647600A (zh) * 2018-06-26 2020-01-03 百度在线网络技术（北京）有限公司 三维地图的构建方法、装置、服务器及存储介质
CN110647600B (zh) * 2018-06-26 2023-10-20 百度在线网络技术（北京）有限公司 三维地图的构建方法、装置、服务器及存储介质
CN113039554A (zh) * 2018-10-15 2021-06-25 维索利克斯有限公司 用于确定环境地图的方法和装置
WO2020108285A1 (zh) * 2018-11-30 2020-06-04 华为技术有限公司 地图构建方法、装置及***、存储介质
CN109993700A (zh) * 2019-04-03 2019-07-09 百度在线网络技术（北京）有限公司 数据处理方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质
CN109993700B (zh) * 2019-04-03 2023-07-04 百度在线网络技术（北京）有限公司 数据处理方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质
CN111784798A (zh) * 2020-06-30 2020-10-16 滴图(北京)科技有限公司 地图生成方法、装置、电子设备和存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11769296B2 (en) Forest surveying
US11676307B2 (en) Online sensor calibration for autonomous vehicles
CN109579843B (zh) 一种空地多视角下的多机器人协同定位及融合建图方法
US10853931B2 (en) System and method for structural inspection and construction estimation using an unmanned aerial vehicle
CN107741233A (zh) 一种三维室外地图的构建方法
CN108109437B (zh) 一种基于地图特征的无人机自主航线提取生成方法
CN103822635B (zh) 基于视觉信息的无人机飞行中空间位置实时计算方法
CN112184890B (zh) 一种应用于电子地图中的摄像头精准定位方法及处理终端
CN105928498A (zh) 通过基于模板的uav控制来确定对象数据
CN110688904A (zh) 基于5g无人机的基站天线工参勘测方法及装置
KR102195179B1 (ko) 항공사진을 이용한 정사영상 구축방법
CN112113542A (zh) 一种无人机航摄建设用地土地专项数据验收的方法
CN106408601A (zh) 一种基于gps的双目融合定位方法及装置
CN114004977A (zh) 一种基于深度学习的航拍数据目标定位方法及***
CN112469967A (zh) 一种测绘***、测绘方法、装置、设备及介质
CN111862200B (zh) 一种煤棚内无人机定位方法
CN107272037A (zh) 一种道路设施位置、图像信息采集装置及采集信息的方法
CN115839714A (zh) 一种基于航拍图像的无人机工作区域地图构建方法
Jiang et al. Determination of construction site elevations using drone technology
CN110823187A (zh) 一种基于航拍测量待测面积的控制方法及装置
CN112987781A (zh) 一种无人机航线生成方法及装置
CN114565725A (zh) 无人机三维扫描目标区域逆向建模的方法、存储介质及计算机设备
Jingjing et al. Research on autonomous positioning method of UAV based on binocular vision
Wang et al. Fast stitching of DOM based on small UAV
Gotovac et al. A model for automatic geomapping of aerial images mosaic acquired by UAV

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180227

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication