本技術(shù)涉及陸地測繪，具體而言，涉及一種陸地測繪的模型生成方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、本部分的內(nèi)容僅提供了與本技術(shù)相關(guān)的背景信息，其可能并不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

2、陸地測繪的模型生成方法在現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展中扮演著至關(guān)重要的角色，尤其在土地規(guī)劃、交通規(guī)劃、城市管理等領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。這一技術(shù)的核心在于通過多種數(shù)據(jù)源和技術(shù)手段，高效地生成高精度的地形模型，為各種應(yīng)用提供可靠的地理數(shù)據(jù)支持。

3、隨著技術(shù)的進步，多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)逐漸成為地形模型生成的主流方法。這種方法以航空影像、衛(wèi)星影像以及激光雷達數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源。其中，激光雷達技術(shù)通過激光束對地表進行掃描，利用返回的激光信號來測量地表的高程信息，實現(xiàn)了非接觸式的精確測量，大大提高了數(shù)據(jù)的精度和效率。衛(wèi)星影像則因其廣覆蓋區(qū)域和高分辨率的特點，能夠提供大范圍且精確的地理數(shù)據(jù)，通過衛(wèi)星影像的解譯，可以得到地表的紋理信息和高程變化，從而生成地形模型。

4、現(xiàn)有技術(shù)中，公告號為cn114119634b的中國專利公開了一種結(jié)合植被剔除和圖像特征一致性約束的建筑物自動提取方法及系統(tǒng)，其結(jié)合了植被剔除和圖像特征一致性約束。具體而言，它首先利用歸一化數(shù)字表面模型(ndsm)進行初步提取，隨后采用基于直方圖削減變換的技術(shù)剔除植被，最后通過圖像特征一致性約束對建筑物區(qū)域進行優(yōu)化。這一方法旨在通過提升植被提取的精確度來間接提高建筑物提取的精度，并借助圖像特征的一致性約束來優(yōu)化最終的建筑物區(qū)域。該系統(tǒng)能夠從精確配準的遙感圖像和lidar點云中自動提取建筑物區(qū)域，從而避免了半自動方法和監(jiān)督方法中的人工交互，實現(xiàn)了非監(jiān)督方式下與監(jiān)督深度學(xué)習(xí)算法相當?shù)慕ㄖ锾崛【取?/p>

5、然而，該技術(shù)方案存在一個顯著的缺陷：它涉及多種圖像分割算法，如egis、slic和erss，這些算法在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時計算復(fù)雜度較高。因此，該技術(shù)方案需要在收集完所有數(shù)據(jù)后，再利用處理器進行計算，導(dǎo)致時間成本顯著增加，無法實現(xiàn)模型的快速生成。特別是在應(yīng)對如地震后的地形勘測等緊急情況時，這種高時間成本的方法無法快速有效地提供勘測結(jié)果，進而影響災(zāi)后救援的效率。

6、基于上述問題，迫切需要一種能夠自動化進行測繪且能快速實時生成陸地測繪模型的陸地測繪模型生成方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)的目的在于提供一種陸地測繪的模型生成方法及系統(tǒng)，通過分析豎直面擬合和形狀曲線對比對非陸地物體進行識別，提高了自動化測繪的效率，并通過對每一個路徑圖像依次建模的方式，實現(xiàn)了陸地測繪模型的實時生成。

2、本技術(shù)的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種陸地測繪的模型生成方法，包括：

4、s1，獲取目標區(qū)域的衛(wèi)星圖像并建立主坐標系；根據(jù)目標區(qū)域設(shè)置飛行器保持預(yù)設(shè)高度下的飛行路徑；

5、s2，通過飛行器上的定位系統(tǒng)獲取飛行器的位置信息；通過飛行器上的激光雷達以俯視角獲取目標區(qū)域的點云數(shù)據(jù)，點云數(shù)據(jù)包括激光雷達掃描區(qū)域內(nèi)任意空間點的參考三維坐標；通過飛行器上的攝像設(shè)備持續(xù)獲取飛行路徑上的多個路徑圖像；

6、s3，將路徑圖像與衛(wèi)星圖像對比，尋找衛(wèi)星圖像上與路徑圖像相似度大于第一閾值的第一區(qū)域；根據(jù)第一區(qū)域在衛(wèi)星圖像上的位置，將第一區(qū)域內(nèi)所有空間點的參考三維坐標轉(zhuǎn)換為衛(wèi)星圖像上對應(yīng)位置的主坐標；

7、s4，根據(jù)路徑圖像上的主坐標，通過預(yù)設(shè)篩選策略剔除非陸地物體對應(yīng)的空間點；預(yù)設(shè)篩選策略包括：插入多個分析豎直面，每個分析豎直面均在路徑圖像所在的空間內(nèi)；在任一分析豎直面上，若預(yù)設(shè)水平距離內(nèi)識別到多個位置上，相鄰空間點的高度差值在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，將分析豎直面上所有空間點依次擬合成形狀曲線，將形狀曲線與預(yù)設(shè)參照模板對比，將大于預(yù)設(shè)相似度的剔除位置判斷建筑物，將相鄰的剔除位置擬合為剔除區(qū)域，認定剔除區(qū)域以外的空間點為陸地；其中，以水平坐標值大于預(yù)設(shè)差值的兩個最近空間點為相鄰空間點；

8、s5，根據(jù)認定為陸地的空間點的主坐標建立路徑圖像對應(yīng)的陸地測繪模型；

9、s6，返回步驟s3，對下一張路徑圖像進行處理，直至飛行器達到飛行路徑的終點，并獲得目標區(qū)域的陸地測繪模型。

10、進一步地，預(yù)設(shè)參照模板通過以下步驟獲得：

11、通過激光雷達以俯視的角度，獲取多種建筑物的輪廓信息，將每種建筑物不同位置剖面的輪廓形狀作為預(yù)設(shè)參照模板。

12、進一步地，預(yù)設(shè)篩選策略還包括：

13、將分析豎直面上的相鄰空間點擬合成一個分段函數(shù)，計算每個分段函數(shù)中每個子函數(shù)兩端的高度差以及對應(yīng)的斜率；

14、若高度差在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的同時，滿足斜率為負，斜率的絕對值大于第二閾值，則標記子函數(shù)高度最低的空間點為可能點；反之，則不標記；

15、以可能點為中心，在預(yù)設(shè)半徑的球形區(qū)域內(nèi)，統(tǒng)計多個分析豎直面上其他可能點的數(shù)量，若數(shù)量大于第三閾值，則判定球形區(qū)域為樹林；在球形區(qū)域內(nèi)，選擇所有可能點作為陸地的空間點；若數(shù)量小于等于第三閾值，則認定球形區(qū)域內(nèi)的空間點均為陸地的空間點。

16、進一步地，選擇所有可能點作為陸地的空間點的步驟，還包括：

17、基于所有可能點在水平面上的投影，利用k均值聚類算法將所有可能點分為兩類；

18、計算兩類中可能點的數(shù)量差，若數(shù)量差大于第四閾值，且兩類中任意一對可能點的高度差大于第五閾值，則判定數(shù)量多的一類可能點以及可能點所在區(qū)域為懸崖，認定數(shù)量少的一類可能點為陸地的空間點。

19、進一步地，將路徑圖像與衛(wèi)星圖像對比的步驟，具體包括：

20、建立窗口并將路徑圖像輸入至窗口；

21、在衛(wèi)星圖像上滑動窗口，在每個位置計算衛(wèi)星圖像與窗口內(nèi)路徑圖像的相似度。

22、進一步地，將第一區(qū)域內(nèi)所有空間點的參考三維坐標轉(zhuǎn)換為衛(wèi)星圖像上對應(yīng)位置的主坐標的步驟，具體包括：

23、參考三維坐標為子坐標系內(nèi)的坐標數(shù)據(jù)，子坐標系是以激光雷達為原點，以飛行器運動方向為x軸，以激光雷達的正下方為z軸建立；

24、根據(jù)第一區(qū)域的中心點在衛(wèi)星圖像上的位置確定激光雷達的第一主坐標，計算第一主坐標與主坐標系原點的偏差量；根據(jù)子坐標系的坐標軸和主坐標系的坐標軸，計算子坐標系和主坐標系的旋轉(zhuǎn)角；

25、以偏差量為平移量，根據(jù)旋轉(zhuǎn)角建立坐標轉(zhuǎn)換公式，將第一區(qū)域內(nèi)所有空間點的參考三維坐標輸入坐標轉(zhuǎn)換公式，得到衛(wèi)星圖像上對應(yīng)位置的主坐標。

26、進一步地，坐標轉(zhuǎn)換公式為：

27、

28、其中，為子坐標系內(nèi)任意點的坐標，為主坐標系內(nèi)對應(yīng)的坐標；為主坐標系相對于子坐標系繞x軸旋轉(zhuǎn)的角度，為主坐標系相對于子坐標系繞y軸旋轉(zhuǎn)的角度，為主坐標系相對于子坐標系繞z軸旋轉(zhuǎn)的角度，為主坐標系相對于子坐標系繞x軸的旋轉(zhuǎn)矩陣，為主坐標系相對于子坐標系繞y軸的旋轉(zhuǎn)矩陣，為主坐標系相對于子坐標系繞z軸的旋轉(zhuǎn)矩陣，tx、ty、tz分別為第一主坐標與主坐標系原點在x軸、y軸和z軸上的偏差量。

29、進一步地，獲得目標區(qū)域的陸地測繪模型之后，還包括：

30、按照飛行路徑的反方向進行飛行，重復(fù)步驟s1至步驟s6獲得對比陸地測繪模型；

31、將第一次獲得的陸地測繪模型與對比陸地測繪模型進行對比，若相似度大于或等于第六閾值，則判斷測繪成功，輸出第一次獲得的陸地測繪模型；若相似度小于第五閾值，則判斷測繪受到影響，按照前一次飛行路徑的反方向繼續(xù)飛行，并重復(fù)步驟s1至步驟s6，直至獲得的對比模型與循環(huán)前的任一陸地測繪模型的相似度大于或等于第五閾值。

32、第二方面，本發(fā)明提供一種陸地測繪的模型生成系統(tǒng)，包括：

33、預(yù)制模塊，用于獲取目標區(qū)域的衛(wèi)星圖像并建立主坐標系；根據(jù)目標區(qū)域設(shè)置飛行器保持預(yù)設(shè)高度下的飛行路徑；

34、數(shù)據(jù)獲取模塊，通過飛行器上的定位系統(tǒng)獲取飛行器的位置信息；通過飛行器上的激光雷達以俯視角獲取目標區(qū)域的點云數(shù)據(jù)，點云數(shù)據(jù)包括激光雷達掃描區(qū)域內(nèi)任意空間點的參考三維坐標；通過飛行器上的攝像設(shè)備持續(xù)獲取飛行路徑上的多個路徑圖像；

35、坐標轉(zhuǎn)換模塊，用于將路徑圖像與衛(wèi)星圖像對比，尋找衛(wèi)星圖像上與路徑圖像相似度大于第一閾值的第一區(qū)域；根據(jù)第一區(qū)域在衛(wèi)星圖像上的位置，將第一區(qū)域內(nèi)所有空間點的參考三維坐標轉(zhuǎn)換為衛(wèi)星圖像上對應(yīng)位置的主坐標；

36、篩選模塊，用于根據(jù)路徑圖像上的主坐標，通過預(yù)設(shè)篩選策略剔除非陸地物體對應(yīng)的空間點；預(yù)設(shè)篩選策略包括：插入多個分析豎直面，每個分析豎直面均在路徑圖像所在的空間內(nèi)；在任一分析豎直面上，若預(yù)設(shè)水平距離內(nèi)識別到多個位置上，相鄰空間點的高度差值在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，將分析豎直面上所有空間點依次擬合成形狀曲線，將形狀曲線與預(yù)設(shè)參照模板對比，將大于預(yù)設(shè)相似度的剔除位置判斷建筑物，將相鄰的剔除位置擬合為剔除區(qū)域，認定剔除區(qū)域以外的空間點為陸地；

37、建模模塊，根據(jù)認定為陸地的空間點的主坐標建立路徑圖像對應(yīng)的陸地測繪模型；

38、循環(huán)模塊，返回數(shù)據(jù)獲取模塊，對下一張路徑圖像進行處理，直至飛行器達到飛行路徑的終點。

39、第三方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，包括：存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，處理器執(zhí)行計算機程序時實現(xiàn)如第一方面中對應(yīng)的步驟。

40、綜上所述，本技術(shù)實施例的技術(shù)方案至少具有如下優(yōu)點和有益效果：

41、本發(fā)明通過衛(wèi)星圖像建立主坐標系并規(guī)劃飛行器飛行路徑，隨后飛行器利用定位系統(tǒng)、激光雷達和攝像設(shè)備獲取目標區(qū)域的位置信息、點云數(shù)據(jù)和路徑圖像。通過將路徑圖像與衛(wèi)星圖像對比，找到相似區(qū)域并將該區(qū)域內(nèi)的點云數(shù)據(jù)從子坐標系轉(zhuǎn)換到衛(wèi)星圖像的主坐標系下。接著，采用預(yù)設(shè)篩選策略，包括通過形狀曲線與預(yù)設(shè)模板對比，從而剔除建筑物，根據(jù)篩選出的陸地空間點主坐標建立陸地測繪模型，并逐張?zhí)幚砺窂綀D像直至完成整個目標區(qū)域的測繪。該方法實現(xiàn)了自動化、高精度的陸地測繪，提高了測繪效率和準確性，使得測繪人員能夠?qū)崟r查看模型生成進度，獲得全面、準確的地面測繪結(jié)果。