基于激光雷达技术的智慧城市3D实景地图系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于激光雷达技术的智慧城市3D实景地图系统，包括三维地图底图生成系统，用于生成3D底图；地图数据与地图投影系统，用于存储3D实景地图数据，完成3D底图投影以及3D实景地图投影；三维地图数据库系统，用于存储所有3D地物的三维模型数据以及3D地物的外观属性信息供用户查询使用；三维地图显示与浏览系统，用于用户调用3D实景地图并展示3D实景地图。在导航的过程中能带给用户更加真实的城市3D体验，实现导航中的所见即所得，提高导航的准确率和可靠性，从而提高地图的效率和安全性能。

Real map system of smart city 3D based on Lidar Technology

The invention provides a laser radar technology 3D system based on Smart City real map, including 3D map generation system for generating 3D map; map data and map projection system for storing 3D real map data, 3D and 3D real map projection map projection; 3D map database system for 3D model data storage all the 3D objects and 3D objects appearance attribute information for queries; three-dimensional map displaying and browsing system for users to call the 3D and 3D maps show real map. In the process of navigation, it can give users more real city 3D experience, realize the WYSIWYG in navigation, improve the accuracy and reliability of navigation, thus improve the efficiency and security performance of the map.

【技术实现步骤摘要】
基于激光雷达技术的智慧城市3D实景地图系统
本专利技术属于电子地图
，具体涉及一种基于激光雷达技术的智慧城市3D实景地图系统。
技术介绍
电子地图的发展为人们出行提供了非常多的便利，但目前我们广泛使用的是二维地图，而越来越多的人在使用二维地图时都遇到这样的问题，在去一个地方时，很容易通过二维地图找到方位，但如果去不著名的地方，即使在周边也不容易准确定位，在现代城市的多维立体结构道路中，经常因为高架桥或者岔口出现导航错误的情况，给完全需要导航的民众出行带来困扰。随着三维技术的发展，三维地图技术也开始研究起来，但现有的三维电子地图准确的说是2.5D的电子地图，这种地图不能进行多角度的定位和浏览，从视觉效果上来说体现的是类3D的效果，在实际应用中，不能充分发挥三维地图的优势。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于激光雷达技术的智慧城市3D实景地图系统，克服现有三维地图实际为2.5D电子地图，无法进行多角度的精确定位和浏览的问题。本专利技术提供的一种基于激光雷达技术的智慧城市3D实景地图系统，包括三维地图底图生成系统，用于生成3D底图；地图数据与地图投影系统，用于存储3D实景地图数据，完成3D底图投影以及3D实景地图投影；三维地图数据库系统，用于存储所有3D地物的三维模型数据以及3D地物的外观属性信息供用户查询使用；三维地图显示与浏览系统，用于用户调用3D实景地图并展示3D实景地图。进一步的，所述3D底图通过以下方法生成：通过激光雷达采集点云数据，并将经过预处理的点云数据进行点云的相对坐标和地理位置坐标解算，解算后的点云经去噪、去杂点，拼接，三维网格重建，纹理映射，场景整体拼接，小品整饰，最终生成3D底图。进一步的，所述3D实景地图数据包括类别、名称、三维模型数据、纹理数据以及高程信息。更进一步的，所述3D底图投影通过平行投影方式完成，3D实景地图投影通过多视角投影的方式完成。进一步的，所述三维地图数据库系统包括二维地图信息、二维属性信息、三维高程信息、三维高程方向属性信息、分层数据信息、分块存储后的网格数据信息以及三维模型数据信息。进一步的，所述三维地图数据库系统采用二次数据分割与索引的方法对数据进行调用和存储。更进一步的，所述二次数据分割的方法为对3D实景地图零高程的二维地图进行切片和编号，对每一块设置一个数据存储容量，遍历一次切割后的块的数据量的大小，如果某一块超出预设存储容量，对该块进行二次切片，遍历所有块后，直到最小块的数据量不大于预设存储量结束分割。进一步的，所述索引的方法为按照数据量大小进行索引。进一步的，所述三维地图显示与浏览系统通过前台显示界面、后台系统、三维地图数据库系统、3D视窗进行3D实景地图的调用和显示。更进一步的，通过识别3D视窗和地物的距离来判别调用数据的层级和数据类型，当3D视窗和地物之间的距离超过固定阈值，所述三维地图显示与浏览系统只调用三维模型数据和最小包围盒数据，当3D视窗和地物之间的距离小于固定阈值，所述三维地图显示与浏览系统调用三维模型数据和纹理数据。本专利技术的有益效果：在导航的过程中能带给用户更加真实的城市3D体验，同时高程信息的增加增强了地图表达现实世界的能力，三维地标的引入更加真实的表达地理环境和地物，如特色建筑、道路入口等。解决导航与实际环境不够统一的最后一个环节，实现导航中的所见即所得，提高导航的准确率和可靠性，从而提高地图的效率和安全性能。附图说明图1是本专利技术3D实景地图原理框图，图2是像空间和像平面坐标坐标转换示意图，图3是三维地图数据库系统结构图，图4是数据分割原理示意图，图5是数据索引原理示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，不能理解为对本专利技术具体保护范围的限定。实施例参照图1，所述基于激光雷达技术的智慧城市3D实景地图系统，包括三维地图底图生成系统，用于生成3D底图；地图数据与地图投影系统，用于存储3D实景地图数据，完成3D底图投影以及3D实景地图投影；三维地图数据库系统，用于存储所有3D地物的三维模型数据以及3D地物的外观属性信息供用户查询使用；三维地图显示与浏览系统，用于用户调用3D实景地图并展示3D实景地图。3D实景地图数据是由含地理坐标的点云数据生成的，含有地理坐标数据，不仅在平面方向有精确可测量的地理数据，在高程方向同样含有任意位置的高程数据，在实景地图尤其是定位建筑物中，有丰富的地物特性。所述3D底图通过以下方法生成：通过激光雷达采集点云数据，并将经过预处理的点云数据进行点云的相对坐标和地理位置坐标解算，解算后的点云经去噪、去杂点，拼接，三维网格重建，纹理映射，场景整体拼接，小品整饰，最终生成3D底图。所述激光雷达可以使用车载激光雷达与地面激光雷达、机载激光雷达相结合。上述基于激光雷达的三维重建大大提高了地图制作的效率，有效降低了制作成本。所述3D实景地图数据包括类别、名称、三维模型数据、纹理数据以及高程信息。地图投影是指用数学方法将地球中的地理信息投影到平面中的方法，是地理坐标的表达。在本实施例中，考虑到城市3D实景地图是一种新技术，我们采用二次投影的叠加方式实现地图投影。所述3D底图投影通过平行投影方式完成，3D实景地图投影通过多视角投影的方式完成。具体的，第一次投影是3D底图部分投影，3D实景地图中的底图是为了明确建筑物的地理坐标的，因此，3D底图投影的目的是变形不能太大，以便获取更精确的地理信息数据。我们采用平行投影的方式完成，这种投影方式采用平行光投影，能最低限度的降低物体的变形，精确度更高。第二次投影是3D实景地图的投影，实景地图是三维立体的，因此要采用的方式就是多视角投影的方式，三维投影完成的是三维物体到三维空间坐标系的投影，三维空间坐标系到像平面的投影两个投影过程，多视角投影的过程如下：确定了底图的投影后，就要对3D实景地图进行多视角投影，3D实景地图的多视角投影要解决的是物体的坐标(X,Y,Z)与像平面坐标(x,y)之间的坐标关系。首先建立物体的坐标(X,Y,Z)到像空间(Xv,Yv,Zv)的坐标转换，其次再将像空间坐标转换到像平面(x,y)坐标系中。物体三维坐标是经过物体按照(Z,X,Y)三个坐标轴进行旋转获得的，其中旋转角度分别为(α,β,γ)，则转移矩阵为：根据矩阵的旋转角度计算，矩阵中各参数如下：物体的坐标(X,Y,Z)和像空间(Xv,Yv,Zv)的换算关系如下：像空间和像平面之间的关系如图2所示，因此可以推导像空间和像平面之间的转换关系如下：从以上公式(4)中就可以得到地物的坐标(X,Y,Z)与像平面坐标(x,y)之间的坐标关系。参照图3，所述三维地图数据库系统包括二维地图信息、二维属性信息、三维高程信息、三维高程方向属性信息、分层数据信息、分块存储后的网格数据信息以及三维模型数据信息。3D实景地图将地图分层为两类进行存储，二维地图层和三维地图层，二维地图和三维地图的属性表达不一致，将两者进行剖分叠加处理，信息在查找和定位过程中不会出现以一对多的混乱问题。三维地图层级中，三维地图数据的数据量跟二维地图不同，它会根据3D地物的分布和3D地物的高度和复杂度等情况呈现数据的不同分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光雷达技术的智慧城市3D实景地图系统，其特征在于：包括三维地图底图生成系统，用于生成3D底图；地图数据与地图投影系统，用于存储3D实景地图数据，完成3D底图投影以及3D实景地图投影；三维地图数据库系统，用于存储所有3D地物的三维模型数据以及3D地物的外观属性信息供用户查询使用；三维地图显示与浏览系统，用于用户调用3D实景地图并展示3D实景地图。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达技术的智慧城市3D实景地图系统，其特征在于：包括三维地图底图生成系统，用于生成3D底图；地图数据与地图投影系统，用于存储3D实景地图数据，完成3D底图投影以及3D实景地图投影；三维地图数据库系统，用于存储所有3D地物的三维模型数据以及3D地物的外观属性信息供用户查询使用；三维地图显示与浏览系统，用于用户调用3D实景地图并展示3D实景地图。2.根据权利要求1所述的基于激光雷达技术的智慧城市3D实景地图系统，其特征在于，所述3D底图通过以下方法生成：通过激光雷达采集点云数据，并将经过预处理的点云数据进行点云的相对坐标和地理位置坐标解算，解算后的点云经去噪、去杂点，拼接，三维网格重建，纹理映射，场景整体拼接，小品整饰，最终生成3D底图。3.根据权利要求1所述的基于激光雷达技术的智慧城市3D实景地图系统，其特征在于：所述3D实景地图数据包括类别、名称、三维模型数据、纹理数据以及高程信息。4.根据权利要求3所述的基于激光雷达技术的智慧城市3D实景地图系统，其特征在于：所述3D底图投影通过平行投影方式完成，3D实景地图投影通过多视角投影的方式完成。5.根据权利要求1所述的基于激光雷达技术的智慧城市3D实景地图系统，其特征在于：所述三维地图数据库系统包括二维地图信息、二维属性信息、三维高程信息、三维高程方向属性信息、分层数据信息、分块存...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪菲，邓宝君，孙正欣，
申请(专利权)人：青岛市光电工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37