一种用于水文监测的三维实景建模方法技术

本发明专利技术提供了一种用于水文监测的三维实景建模方法，步骤包括：以水文站为中心在空中对水文站及其周边环境进行空中全景图像拍摄、选定像控点并采集像控点坐标并对采集的像控点坐标进行精度评定、对像控点进行刺点并构建不同层次细节度下的三维TIN模型、利用空中全景图像进行纹理映射实现三维模型建立。该三维实景建模方法以水文站为中心以及周边环境进行三维模型的实景建模，能够有针对性地建立水文监测模型，便于将三维模型与水文监测数据相结合，可由于水文模拟，为水文预警决策提供较为形象的决策依据；利用像控点和特征点的布设以及像控点坐标的精度评定，能够增强三维模型建模的地理精度，确保水文模拟的可靠性。

A Three-Dimensional Scene Modeling Method for Hydrological Monitoring

The invention provides a three-dimensional scene modeling method for hydrological monitoring. The steps include: taking aerial panoramic image of hydrological station and its surrounding environment as the center, selecting image control points, collecting image control point coordinates, evaluating the accuracy of the collected image control point coordinates, puncturing the image control points and constructing three-dimensional TIN models at different levels of detail; Using panoramic aerial images for texture mapping to achieve three-dimensional model building. The three-dimensional scene modeling method takes hydrological station as the center and the surrounding environment for the three-dimensional model. It can establish the hydrological monitoring model pertinently. It is convenient to combine the three-dimensional model with the hydrological monitoring data. It can provide a more vivid decision-making basis for hydrological early warning decision-making because of hydrological simulation. It uses the layout of image control points and feature points as well as the precise coordinates of image control points. Degree evaluation can enhance the geographic accuracy of three-dimensional model and ensure the reliability of hydrological simulation.

【技术实现步骤摘要】
一种用于水文监测的三维实景建模方法
本专利技术涉及一种三维实景建模方法，尤其是一种用于水文监测的三维实景建模方法。
技术介绍
目前，在水情监测领域，水情监测的结果多以数据、图表等专业化的形式呈现，对于非专业人员而言，理解起来存在一定困难。因此有必要设计处一种用于水文监测的三维实景建模方法，能减少非专业人员对于监测数据的理解难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种用于水文监测的三维实景建模方法，能够减少非专业人员对于监测数据的理解难度。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种用于水文监测的三维实景建模方法，包括如下步骤：步骤1，以水文站为中心在空中对水文站及其周边环境进行空中全景图像拍摄，采集范围根据水文站及其周边的地理信息确定；步骤2，选定像控点并采集像控点坐标，像控点包括地标点和特征点，地标点的坐标为地标的中心点，特征点的坐标为地物特征点，并对采集的像控点坐标进行精度评定；步骤3，对像控点进行刺点，利用多视影像密集匹配获得的高密度点云，从而构建不同层次细节度下的三维TIN模型，在三维TIN模型构建完成后便形成了水文站及其周围环境的TIN模型矢量结构；步骤4，在建立的TIN模型矢量结构基础上，利用空中全景图像进行纹理映射，使对应纹理贴至模型表面实现三维模型建立。进一步地，步骤1中，空中全景图像拍摄的具体方法为：利用无人机进行倾斜摄影，相机的上仰、下俯及水平旋转角度，使得相邻拍摄图像间至少保持30％～50％的重叠度；再对拍摄的所有原始图像进行畸变纠正处理，并提取每张原始图像的SIFT特征，再利用k-dtree和BBF算法进行特征匹配，完成实景影像的拼接融合，再利用天空素材图像将拼接融合后的实景影像中的天空部分补全，从而形成空中全景图像。进一步地，步骤1中，采集范围为以水文站为圆心、2-5KM为半径的圆形区域；水文站周边的地理信息包括水情、山地、平原、建筑以及农作物。进一步地，步骤2中，在进行像控点坐标采集时，需拍摄两张像控点的照片，一张为像控点具体位置的近景图，另一张为包含像控点周围环境的远景图。进一步地，步骤2中，地物特征点包括建筑物拐点、墙角、道路拐点以及沟渠拐点。进一步地，步骤2中，对采集的像控点坐标进行精度评定的具体方法为：对像控点坐标进行初次采集；再对坐标测量仪器进行初始化操作，再次采集该像控点坐标；将两次采集的坐标作差，若平面误差小于2cm，高程误差小于3cm，则取其平均值作为最终坐标结果。进一步地，步骤3中，在构建不同层次细节度下的三维TIN模型时，根据地物的复杂程度调节三角网的网格密度，对地面平坦的区域进行三角网优化以降低数据的冗余度。进一步地，步骤4中，利用空中全景图像进行纹理映射时，需要在影像数据源中选择相应的影像，使三维TIN模型中各个三角面都唯一对应一张目标影像，再计算出三角面与目标影像对应区域之间的几何关系，找到每个三角面对应的实际纹理区域，实现纹理影像与三维TIN模型的配准。进一步地，在影像数据源中选择相应的纹理时，需要在影像数据源中筛选出包含三角面纹理的各个待选影像，再将各个影像的倾斜拍摄角度与三角面所在的角度方位进行比对，从待选影像中选出角度最接近的那个影像作为目标影像。本专利技术的有益效果在于：以水文站为中心以及周边环境进行三维模型的实景建模，能够有针对性地建立水文监测模型，便于将三维模型与水文监测数据相结合，可由于水文模拟，为水文预警决策提供较为形象的决策依据；利用像控点和特征点的布设以及像控点坐标的精度评定，能够增强三维模型建模的地理精度，确保水文模拟的可靠性。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术的三维实景建模实施图。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供的一种用于水文监测的三维实景建模方法，包括如下步骤：步骤1，以水文站为中心在空中对水文站及其周边环境进行空中全景图像拍摄，拍摄的照片应反差适中、对比度适中、明暗协调、成像清晰、色调一致，成像质量较好，采集范围根据水文站及其周边的地理信息确定；步骤2，选定像控点并采集像控点坐标，像控点包括地标点和特征点，地标点的坐标为地标的中心点，特征点的坐标为地物特征点，并对采集的像控点坐标进行精度评定；步骤3，对像控点进行刺点，利用多视影像密集匹配获得的高密度点云，从而构建不同层次细节度下的三维TIN模型，在三维TIN模型构建完成后便形成了水文站及其周围环境的TIN模型矢量结构；步骤4，在建立的TIN模型矢量结构基础上，利用空中全景图像进行纹理映射，使对应纹理贴至模型表面实现三维模型建立。进一步地，步骤1中，空中全景图像拍摄的具体方法为：利用无人机进行倾斜摄影，相机的上仰、下俯及水平旋转角度，使得相邻拍摄图像间至少保持30％～50％的重叠度；再对拍摄的所有原始图像进行畸变纠正处理，并提取每张原始图像的SIFT特征，再利用k-dtree和BBF算法进行特征匹配，完成实景影像的拼接融合，再利用天空素材图像将拼接融合后的实景影像中的天空部分补全，从而形成空中全景图像。进一步地，步骤1中，采集范围为以水文站为圆心、2-5KM为半径的圆形区域；水文站周边的地理信息包括水情、山地、平原、建筑以及农作物，如图2所示的三维模型，是以2KM半径建立的三维模型。进一步地，步骤2中，在进行像控点坐标采集时，需拍摄两张像控点的照片，一张为像控点具体位置的近景图，另一张为包含像控点周围环境的远景图。能够在技术人员处理拍摄的像控点照片时便于判读和绘图。进一步地，步骤2中，地物特征点包括建筑物拐点、墙角、道路拐点以及沟渠拐点。进一步地，步骤2中，对采集的像控点坐标进行精度评定的具体方法为：对像控点坐标进行初次采集，可采集10个历元数据；再对坐标测量仪器进行初始化操作，再次采集该像控点坐标；将两次采集的坐标作差，若平面误差小于2cm，高程误差小于3cm，则取其平均值作为最终坐标结果。利用精度评定能够增强像控点坐标的精度。进一步地，步骤3中，在构建不同层次细节度下的三维TIN模型时，根据地物的复杂程度调节三角网的网格密度，对地面平坦的区域进行三角网优化以降低数据的冗余度，从而提高模型运行时的加载效率。进一步地，步骤4中，利用空中全景图像进行纹理映射时，需要在影像数据源中选择相应的影像，使三维TIN模型中各个三角面都唯一对应一张目标影像，再计算出三角面与目标影像对应区域之间的几何关系，找到每个三角面对应的实际纹理区域，实现纹理影像与三维TIN模型的配准。进一步地，在影像数据源中选择相应的纹理时，需要在影像数据源中筛选出包含三角面纹理的各个待选影像，再将各个影像的倾斜拍摄角度与三角面所在的角度方位进行比对，从待选影像中选出角度最接近的那个影像作为目标影像。本专利技术公开的三维实景建模方法在进行空中全景图像拍摄时，采用大疆M600无人机进行倾斜摄影数据采集，通过飞控调节相机角度上仰、下俯及水平旋转角度，并确保相邻像片间至少保持30％～50％的重叠度，拍摄的实景影像长宽比调整为2:1，输出数据设置为12000×6000；利用TrimbleR8GPS接收机进行像控点坐标采集，在野外作业之前，通过GoogleEarth进行模拟飞行，初步选定像控点的布设位置，在进行像控点的布设同时采集平高点坐标，外业像控点的采集按照“先整体后局部，先控制后碎部”的原则进行。基于倾斜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水文监测的三维实景建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，以水文站为中心在空中对水文站及其周边环境进行空中全景图像拍摄，采集范围根据水文站及其周边的地理信息确定；步骤2，选定像控点并采集像控点坐标，像控点包括地标点和特征点，地标点的坐标为地标的中心点，特征点的坐标为地物特征点，并对采集的像控点坐标进行精度评定；步骤3，对像控点进行刺点，利用多视影像密集匹配获得的高密度点云，从而构建不同层次细节度下的三维TIN模型，在三维TIN模型构建完成后便形成了水文站及其周围环境的TIN模型矢量结构；步骤4，在建立的TIN模型矢量结构基础上，利用空中全景图像进行纹理映射，使对应纹理贴至模型表面实现三维模型建立。

【技术特征摘要】
1.一种用于水文监测的三维实景建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，以水文站为中心在空中对水文站及其周边环境进行空中全景图像拍摄，采集范围根据水文站及其周边的地理信息确定；步骤2，选定像控点并采集像控点坐标，像控点包括地标点和特征点，地标点的坐标为地标的中心点，特征点的坐标为地物特征点，并对采集的像控点坐标进行精度评定；步骤3，对像控点进行刺点，利用多视影像密集匹配获得的高密度点云，从而构建不同层次细节度下的三维TIN模型，在三维TIN模型构建完成后便形成了水文站及其周围环境的TIN模型矢量结构；步骤4，在建立的TIN模型矢量结构基础上，利用空中全景图像进行纹理映射，使对应纹理贴至模型表面实现三维模型建立。2.根据权利要求1所述的用于水文监测的三维实景建模方法，其特征在于，步骤1中，空中全景图像拍摄的具体方法为：利用无人机进行倾斜摄影，相机的上仰、下俯及水平旋转角度，使得相邻拍摄图像间至少保持30％～50％的重叠度；再对拍摄的所有原始图像进行畸变纠正处理，并提取每张原始图像的SIFT特征，再利用k-dtree和BBF算法进行特征匹配，完成实景影像的拼接融合，再利用天空素材图像将拼接融合后的实景影像中的天空部分补全，从而形成空中全景图像。3.根据权利要求1所述的用于水文监测的三维实景建模方法，其特征在于，步骤1中，采集范围为以水文站为圆心、2-5KM为半径的圆形区域；水文站周边的地理信息包括水情、山地、平原、建筑以及农作物。4.根据权利要求1所述的用于水文监测的三维实景建模方法，其特征在于，步骤2中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂银波，闫冬，刘昊霖，
申请(专利权)人：江苏嘉禾环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32