点云融合生成的地形模型与潮汐数据混合可视化的方法技术

本发明专利技术公开了点云融合生成的地形模型与潮汐数据混合可视化的方法，包括：通过三维激光扫描方式、倾斜摄影测量方法和水下声呐扫测方式分别获取第一点云数据、第二点云数据和第三点云数据；将第一点云数据、第二点云数据和第三点云数据相互融合生成地形模型；将地形模型与潮汐数据混合，根据水深情况在地形模型表面呈现出不同的颜色变化。将地形模型与潮汐数据进行融合并能够实时可视化，为圈围工程施工决策提供有力的辅助作用，减少决策过程中存在的人为误差，提高管理人员决策科学性。

【技术实现步骤摘要】
点云融合生成的地形模型与潮汐数据混合可视化的方法
本专利技术涉及水文
，尤其涉及点云融合生成的地形模型与潮汐数据混合可视化的方法。
技术介绍
对于圈围工程施工，易受到地区地形地质、潮位水深等自然条件的影响，面临的主要痛点就是施工地形信息不明确，水深情况复杂，有可能在极短的时间内发生巨大的变化。并且传统的地形高程判别方式是基于二维的CAD点位平面图上进行，需要有一定的空间想象能力，无法直观表述出具体的地形走势与水深状况，导致在进行潮位水深判断上可能存在较大偏差，并且容易忽略掉一些不起眼、但却能影响施工的细微工程点。因而对工程施工现场总平面布置、船机进场时机，以及施工效率与生产安全性产生较大影响。利用三维建模技术快速生成的地形模型结合潮汐水文数据实现地形水深实时可视化，是解决这一问题的有效手段。现阶段常见的比较先进的地形模型建模方式，具有多种建模方法。不同建模方法生成的成果数据格式不同，无法直接合成完整的水上水下地形模型，在圈围工程施工实际应用上还存在诸多难点。且目前市场上尚未开发出一款融合三维地形模型与实际潮位数据的实时可视化软件，因此需要研究出一种融合多种数据采集方式得到的点云数据生成地形模型与潮汐数据混合可视化的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供点云融合生成的地形模型与潮汐数据混合可视化的方法，将地形模型与潮汐数据进行融合并能够实时可视化。实现上述目的的技术方案是：点云融合生成的地形模型与潮汐数据混合可视化的方法，包括：步骤S1，通过三维激光扫描方式、倾斜摄影测量方法和水下声呐扫测方式分别获取第一点云数据、第二点云数据和第三点云数据；步骤S2，将第一点云数据、第二点云数据和第三点云数据相互融合生成地形模型；步骤S3，将地形模型与潮汐数据混合，根据水深情况在地形模型表面呈现出不同的颜色变化。优选的，所述步骤S1包括：步骤S11，三维激光扫描：对激光点云扫描设备设置相应的数据采样频率、点云密度，进行激光点云数据采集，外业扫描获取的数据自动完成拼接，拼接完成之后对点云进行滤波、抽稀处理，得到最终的第一点云数据；步骤S12，倾斜摄影测量：选择旋翼无人机搭载五镜头摄像机进行倾斜摄影数据采集，通过现场像控点布设实现数据坐标的定位，再通过影像匹配算法自动匹配出所有影像中的同名点，并从影像中抽取更多的特征点构成密集的第二点云数据；步骤S13，水下声纳扫测：收集作业项目所在水域相关资料，使用水下三维声呐设备进行系统配置和外业数据采集，采用PCL利用亮度图和高度图生成三维的第三点云数据。优选的，所述步骤S2包括：步骤S21，通过不同坐标系的换算，完成所有点云数据坐标系统一；步骤S22，所有点云数据的数据格式统一；步骤S23，进行点云数据的融合：以第一点云数据为基准，使用迭代最邻近点配准法，将第二点云数据、第三点云数据与第一点云数据进行配准，从而得到融合点云数据；步骤S24，进行融合点云数据的滤波，移除对生成数字高程模型无用的错误点和地物点；步骤S25，滤波后的融合点云数据进行三维场景模型白模的建模：融合点云数据经过专业建模软件由空三建立的影像之间的三角关系构成不规则TIN，再由TIN构成白模，最终形成三维的地形模型。优选的，所述步骤S3包括：步骤S31，将地形模型fbx格式文件导入基于OpenGL的图形引擎中；导入之前将模型单位保持与图形引擎单位一致；步骤S32，将现有的潮汐数据按照工程具体施工日期、时间、地点进行摘录，并进行坐标系换算，使地形模型、潮汐数据与图形引擎世界坐标系保持一致，最终制成txt格式文件；步骤S33，读取txt文件数据，并形成数据表，逐行读取数据表中的信息，逐个字段进行拆解，筛选出日期、时间、水位高度，然后存储在数据库中进行备用；步骤S34，将数据库中的时间数据处理成易于计算机计算的数据格式；步骤S35，将数据库中水位高度与时间进行联动；步骤S36，计算地形模型的顶点数据；步骤S37，利用顶点数据对地形模型进行几何着色。优选的，所述步骤S36指：首先从图形引擎中获得当前地形模型模型的顶点数据和片元数据，然后对获取到的数据进行数据分类和赋值，计算得出每一个顶点所在的位置。优选的，所述步骤S37指：根据顶点数据，对每一个顶点的位置高度和与先前定义的水位高度进行差值计算，并将得到的差值对应到不同的颜色值上，得出每一个顶点需要使用什么颜色之后，将颜色数据传递至图形引擎，由图形引擎进行最终的颜色组装，计算光影效果。本专利技术的有益效果是：本专利技术将无人机倾斜摄影实景建模技术、激光雷达点云数据建模技术与声纳扫测数据声波成像技术生成的数据进行融合建模，解决了现有技术中不同建模方法生成的成果数据格式不同而无法直接合成完整的水上水下地形模型的问题。同时，为圈围工程施工决策提供有力的辅助作用，减少决策过程中存在的人为误差，提高管理人员决策科学性，从而进一步提升施工生产效率以及施工安全性。附图说明图1是本专利技术的点云融合生成的地形模型与潮汐数据混合可视化的方法的流程图；图2是本专利技术中步骤S1的流程图；图3是本专利技术中步骤S2的流程图；图4是本专利技术中步骤S3的流程图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。请参阅图1-4，本专利技术的点云融合生成的地形模型与潮汐数据混合可视化的方法，包括下列步骤：步骤S1，通过三维激光扫描方式、倾斜摄影测量方法和水下声呐扫测方式分别获取第一点云数据、第二点云数据和第三点云数据。具体地，包括：步骤S11，三维激光扫描：对激光点云扫描设备设置相应的数据采样频率、点云密度，进行激光点云数据采集，外业扫描获取的数据一般会自动完成拼接，拼接完成之后对点云进行滤波、抽稀处理，得到了最终的第一点云数据。其中，对激光点云扫描设备的选择则在收集圈围工程相关资料之后，进行实地外业踏勘，根据踏勘结果而选择。步骤S12，倾斜摄影测量：根据作业项目需求，选择旋翼无人机搭载五镜头摄像机进行倾斜摄影数据采集，通过现场像控点布设实现数据坐标的定位，再通过后期内业高精度的影像匹配算法，自动匹配出所有影像中的同名点，并从影像中抽取更多的特征点构成密集的第二点云数据。步骤S13，水下声纳扫测：收集作业项目所在水域相关资料，使用水下三维声呐设备结合配套软件USE(USE是一系列较为先进的软件版本，用于记录、显示、处理和报告Echoscope实时3D声呐的数据)等进行系统配置和外业数据采集。为了便于与激光扫描技术和倾斜摄影技术所生成的点云文件协同建模，采用PCL(PointCloudLibrary，点云库)利用亮度图和高度图生成三维的第三点云数据。步骤S2，将第一点云数据、第二点云数据和第三点云数据相互融合生成地形模型。具体包括：步骤S21，通过不同坐标系的换算，完成所有点云数据(第一点云数据、第二点云数据和第三点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.点云融合生成的地形模型与潮汐数据混合可视化的方法，其特征在于，包括：/n步骤S1，通过三维激光扫描方式、倾斜摄影测量方法和水下声呐扫测方式分别获取第一点云数据、第二点云数据和第三点云数据；/n步骤S2，将第一点云数据、第二点云数据和第三点云数据相互融合生成地形模型；/n步骤S3，将地形模型与潮汐数据混合，根据水深情况在地形模型表面呈现出不同的颜色变化。/n

【技术特征摘要】
1.点云融合生成的地形模型与潮汐数据混合可视化的方法，其特征在于，包括：
步骤S1，通过三维激光扫描方式、倾斜摄影测量方法和水下声呐扫测方式分别获取第一点云数据、第二点云数据和第三点云数据；
步骤S2，将第一点云数据、第二点云数据和第三点云数据相互融合生成地形模型；
步骤S3，将地形模型与潮汐数据混合，根据水深情况在地形模型表面呈现出不同的颜色变化。


2.根据权利要求1所述的点云融合生成的地形模型与潮汐数据混合可视化的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
步骤S11，三维激光扫描：对激光点云扫描设备设置相应的数据采样频率、点云密度，进行激光点云数据采集，外业扫描获取的数据自动完成拼接，拼接完成之后对点云进行滤波、抽稀处理，得到最终的第一点云数据；
步骤S12，倾斜摄影测量：选择旋翼无人机搭载五镜头摄像机进行倾斜摄影数据采集，通过现场像控点布设实现数据坐标的定位，再通过影像匹配算法自动匹配出所有影像中的同名点，并从影像中抽取更多的特征点构成密集的第二点云数据；
步骤S13，水下声纳扫测：收集作业项目所在水域相关资料，使用水下三维声呐设备进行系统配置和外业数据采集，采用PCL利用亮度图和高度图生成三维的第三点云数据。


3.根据权利要求1所述的点云融合生成的地形模型与潮汐数据混合可视化的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21，通过不同坐标系的换算，完成所有点云数据坐标系统一；
步骤S22，所有点云数据的数据格式统一；
步骤S23，进行点云数据的融合：以第一点云数据为基准，使用迭代最邻近点配准法，将第二点云数据、第三点云数据与第一点云数据进行配准，从而得到融合点云数据；
步骤S24，进行融合点云数据的滤波，移除对生成数字高程模型无用的错误点和地物点；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓南，楼启为，尹航，李航，马佩策，李玉龙，王强，莫建波，陈翔，赵玉田，
申请(专利权)人：上海交通建设总承包有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31