数字孪生CIM平台建设中三维建模测量方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术提供一种数字孪生CIM平台建设中三维建模测量方法、系统及设备，无人机底部布设摄像头，被摄像头步进电机驱动，可从正前方向下转动到正后方；无人机底部布设两个夹角固定为90度的内端相连的距离传感器，被距离传感器步进电机驱动，设前端距离传感器和建筑物表面或地面距离为L1，后端距离传感器和建筑物表面或地面距离为L2，通过调整L1、L2的朝向和距离，实现建筑物面特征信息的自动采集和建模；系统包括任务执行模块、测区建立模块、影像引入模块、模型创建模块、DEM生产模块、DOM生产模块、DLG生产模块、DRG生产模块、成果分析模块，其中任务执行模块用于输入无人机、摄像头、距离传感器的控制步骤，设备包括计算机终端、无人机。无人机。无人机。

【技术实现步骤摘要】
数字孪生CIM平台建设中三维建模测量方法、系统及设备


[0001]本专利技术涉及一种影像采集建模方法，特别是涉及一种数字孪生CIM平台建设中三维建模测量方法、系统及设备。

技术介绍

[0002]数字孪生城市信息模型（City Information Modeling，简称CIM）是三维城市空间模型和城市动态信息的有机综合，将微观建筑信息模型（Building Information Modeling，简称BIM）、地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）、物联网（Internet of Things，简称IOT）数据进行统一，形成综合数据处理计算平台。城市建筑和场景的三维精细建模是数字孪生CIM平台建设的基础，无人机摄影三维建模是近年来测绘行业经常使用的建模技术，采用无人机对城市建筑进行测绘数据采集，通过影像预处理、区域联合平差、多视影像匹配等一系列操作，建立城市建筑和场景三维模型。
[0003]近年来流行的无人机倾斜摄影是采用一台垂直相机和四台倾斜相机搭配摄影的方式，提高了三维建模的速度和立体视觉效果，优势是可以快速获取城市建筑物的三维轮廓，但是建筑物模型的面的精细化程度较低。贴近摄影测量方式是以“面”为摄影对象，通过贴近摄影进行精细化的信息获取，可高度还原物体的精细化结构特征，在城市精细建模方面能够发挥重要作用。本专利技术针对最普遍的长方体建筑，设计了贴近摄影工作中自动获取“面”特征精细信息的方法，获取的建筑物的面信息将直接应用于数字孪生CIM平台的三维模型中，实现数字世界中真实城市的视觉观感再现。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术为实现数字孪生CIM平台中真实城市的视觉观感再现，设计了一种城市中长方体建筑的贴近摄影建模方法、系统及设备。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种数字孪生CIM平台建设中三维建模测量方法，其特征在于：步骤1，无人机底部布设可前后转动180度的摄像头，被摄像头步进电机驱动，可以从正前方向下转动到正后方；无人机底部布设两个夹角固定为90度的内端相连的距离传感器，被距离传感器步进电机驱动，设前端距离传感器和建筑物表面或地面距离为L1，后端距离传感器和建筑物表面或地面距离为L2，L1、L2包含距离传感器旋转中心轴线到距离传感器前端的长度，假设摄影距离要求为L，L包含摄像头旋转中心轴线到摄像头前端的长度；建筑物表面的凸起高度和凹陷深度≤
△
L；步骤2，无人机贴地面朝向建筑物飞行，此时前端距离传感传感器水平向前，后端距离传感器竖直向下，调整至L2=L并保持，摄像头竖直朝下采集地面影像；步骤3，当L1=L时，无人机悬停，摄像头由竖直向下转向水平朝前，采集地面和建筑物拐角处的面特征信息；步骤4，当摄像头旋转至水平朝向建筑物后，无人机向上飞行，保持L1=L，采集建筑
物竖直面特征；步骤5，当L1＞（L+
△
L）时，摄像头暂停影像采集工作，无人机继续向上飞行；步骤6，从L1＞（L+
△
L）时开始，直到L2增加L后，无人机悬停；步骤7，摄像头由水平方向转动至竖直朝下，无人机水平向前飞行，当L2=L时，摄像头开启影像采集工作，开始采集建筑物顶面特征；步骤8，保持L2=L，无人机向前飞行，当L2＞（L+
△
L）时，摄像头暂停影像采集工作，无人机悬停；步骤9，后端距离传感器向后旋转45度，直到前端距离传感器朝向前下方，与竖直方向呈45度夹角；距离传感器旋转结束后，无人机保持水平向前飞行，此时L2=1.414*L；步骤10，当L2＞1.414*L时，无人机悬停，摄像头向后旋转至水平；步骤11，后端距离传感器向后旋转45度，直到后端距离传感器水平朝后，前端距离传感器竖直朝下；距离传感器旋转结束后，无人机向下飞行；步骤12，当L2=L时，摄像头开启影像采集工作，调整至L2=L并保持，无人机向下飞行，采集建筑物侧面特征；步骤13，当L1=L时，无人机悬停，摄像头由水平向后旋转至竖直向下，采集建筑物竖直面与地面夹角处的面特征信息；步骤14，当摄像头旋转至竖直向下位置时，保持L1=L，无人机远离建筑物飞行，采集建筑物另一侧的地表信息；步骤15，重复以上步骤方法，完成长方体建筑物的全部面特征信息采集，包括影像的空间坐标信息，以面积为单位依次对图幅编号和缝合，完成模型创建。
[0006]进一步讲，在上述步骤中，所述摄像头旋转中心轴线始终与建筑物表面平行，所述摄像头旋转中心轴线始终与地面平行。
[0007]进一步讲，在上述步骤中，所述前端距离传感器和后端距离传感器的旋转中心轴线共线；距离传感器旋转中心轴线始终与建筑物表面平行，距离传感器旋转中心轴线始终与地面平行。
[0008]一种数字孪生CIM平台建设中三维建模测量系统，其特征在于：系统包括任务执行模块、测区建立模块、影像引入模块、模型创建模块、DEM生产模块、DOM生产模块、DLG生产模块、DRG生产模块、成果分析模块。
[0009]所述任务执行模块，用于输入无人机、摄像头、距离传感器的控制步骤，具体为：（1）无人机贴地面朝向建筑物飞行，此时前端距离传感传感器水平向前，后端距离传感器竖直向下，调整至L2=L并保持，摄像头竖直朝下采集地面影像；（2）当L1=L时，无人机悬停，摄像头由竖直向下转向水平朝前，采集地面和建筑物拐角处的面特征信息；（3）当摄像头旋转至水平朝向建筑物后，无人机向上飞行，保持L1=L，采集建筑物竖直面特征；（4）当L1＞（L+
△
L）时，摄像头暂停影像采集工作，无人机继续向上飞行；（5）从L1＞（L+
△
L）时开始，直到L2增加L后，无人机悬停；（6）摄像头由水平方向转动至竖直朝下，无人机水平向前飞行，当L2=L时，摄像头开启影像采集工作，开始采集建筑物顶面特征；
（7）调整至L2=L并保持，无人机向前飞行，当L2＞（L+
△
L）时，摄像头暂停影像采集工作，无人机悬停；（8）后端距离传感器向后旋转45度，直到前端距离传感器朝向前下方，与竖直方向呈45度夹角；距离传感器旋转结束后，无人机保持水平向前飞行，此时L2=1.414*L；（9）当L2＞1.414*L时，无人机悬停，摄像头向后旋转至水平；（10）后端距离传感器向后旋转45度，直到后端距离传感器水平朝后，前端距离传感器竖直朝下；距离传感器旋转结束后，无人机向下飞行；（11）当L2=L时，摄像头开启影像采集工作，调整至L2=L并保持，无人机向下飞行，采集建筑物侧面特征；（12）当L1=L时，无人机悬停，摄像头由水平向后旋转至竖直向下，采集建筑物竖直面与地面夹角处的面特征信息；（13）当摄像头旋转至竖直向下位置时，保持L1=L，无人机远离建筑物飞行，采集建筑物另一侧的地表信息。
[0010]所述测区建立模块，用于记录摄像头获取影像的空间坐标信息、图幅编号。
[0011]所述影像引入模块，用于导入摄像头记录的影像数据。
[0012]所述模型创建模块，用于影像图幅的缝合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字孪生CIM平台建设中三维建模测量方法，其特征在于：步骤1，无人机底部布设可前后转动180度的摄像头，被摄像头步进电机驱动，可以从正前方向下转动到正后方；无人机底部布设两个夹角固定为90度的内端相连的距离传感器，被距离传感器步进电机驱动，设前端距离传感器和建筑物表面或地面距离为L1，后端距离传感器和建筑物表面或地面距离为L2，L1、L2包含距离传感器旋转中心轴线到距离传感器前端的长度，假设摄影距离要求为L，L包含摄像头旋转中心轴线到摄像头前端的长度；建筑物表面的凸起高度和凹陷深度≤
△
L；步骤2，无人机贴地面朝向建筑物飞行，此时前端距离传感传感器水平向前，后端距离传感器竖直向下，调整至L2=L并保持，摄像头竖直朝下采集地面影像；步骤3，当L1=L时，无人机悬停，摄像头由竖直向下转向水平朝前，采集地面和建筑物拐角处的面特征信息；步骤4，当摄像头旋转至水平朝向建筑物后，无人机向上飞行，保持L1=L，采集建筑物竖直面特征；步骤5，当L1＞（L+
△
L）时，摄像头暂停影像采集工作，无人机继续向上飞行；步骤6，从L1＞（L+
△
L）时开始，直到L2增加L后，无人机悬停；步骤7，摄像头由水平方向转动至竖直朝下，无人机水平向前飞行，当L2=L时，摄像头开启影像采集工作，开始采集建筑物顶面特征；步骤8，保持L2=L，无人机向前飞行，当L2＞（L+
△
L）时，摄像头暂停影像采集工作，无人机悬停；步骤9，后端距离传感器向后旋转45度，直到前端距离传感器朝向前下方，与竖直方向呈45度夹角；距离传感器旋转结束后，无人机保持水平向前飞行，此时L2=1.414*L；步骤10，当L2＞1.414*L时，无人机悬停，摄像头向后旋转至水平；步骤11，后端距离传感器向后旋转45度，直到后端距离传感器水平朝后，前端距离传感器竖直朝下；距离传感器旋转结束后，无人机向下飞行；步骤12，当L2=L时，摄像头开启影像采集工作，调整至L2=L并保持，无人机向下飞行，采集建筑物侧面特征；步骤13，当L1=L时，无人机悬停，摄像头由水平向后旋转至竖直向下，采集建筑物竖直面与地面夹角处的面特征信息；步骤14，当摄像头旋转至竖直向下位置时，保持L1=L，无人机远离建筑物飞行，采集建筑物另一侧的地表信息；步骤15，重复以上步骤方法，完成长方体建筑物的全部面特征信息采集，包括影像的空间坐标信息，以面积为单位依次对图幅编号和缝合，完成模型创建；在上述步骤中，所述摄像头旋转中心轴线始终与建筑物表面平行，所述摄像头旋转中心轴线始终与地面平行；在上述步骤中，所述前端距离传感器和后端距离传感器的旋转中心轴线共线；距离传感器旋转中心轴线始终与建筑物表面平行，距离传感器旋转中心轴线始终与地面平行。2.一种数字孪生CIM平台建设中三维建模测量系统，其特征在于：系统包括任务执行模块、测区建立模块、影像引入模块、模型创建模块、DEM生产模块、DOM生产模块、DLG生产模块、DRG生产模块、成果分析模块；
所述任务执行模块，用于输入无人机、摄像头、距离传感器的控制步骤，具体为：（1）无人机贴地面朝向建筑物飞行，此时前端距离传感传感器水平向前，后端距离传感器竖直向下，调整至L2=L并保持，摄像头竖直朝下采集地面影...

【专利技术属性】
技术研发人员：王向春，田瑜基，邱莉莉，
申请(专利权)人：厦门精图信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：