基于空间直线三维重建的直线体素化方法技术

本发明专利技术公开一种全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System；GNSS)水汽反演过程中的空间直线体素化方法，由空间直线投影像素化和重建体素化两个过程组成。包括：空间坐标化；空间体素化；将所有体素块和该空间范围内的直线都投影到三维坐标系中的XZ、YZ、XY面上；从投影起点开始逐步搜索并获取每一个投影面上体素块投影网格线与空间直线投影线的二维交点信息(交点编码及坐标)；进行编码排序、然后通过编码匹配将对应的两个二维投影平面上的交点信息进行组合来获取空间直线被体素块所分割的信息。该方法把三维空间中的问题先降到二维，获取信息，再将信息组合来重建三维空间中直线穿过体素块的相关信息，降低了信息获取的难度。息获取的难度。

【技术实现步骤摘要】
基于空间直线三维重建的直线体素化方法


[0001]本专利技术涉及全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System；GNSS)水汽反演领域，更具体的说是在地基GNSS三维水汽反演过程中用到的一种确定GNSS信号线与层析模型中各体素块之间的三维关系的方法。

技术介绍

[0002]在进行地基GNSS水汽反演的过程中，要想建立水汽层析方程来解算得到水汽在大气中的三维分布状况，就需要对层析区域进行离散化，将确定的区域划分为规则小立方体的集合(下文中统称为体素块)，然后还需求得所有参与到水汽反演试验中的GNSS信号线被它所穿过的体素块所截的截距，构成层析矩阵A，并根据GNSS观测模型求得每一条GNSS信号线穿过大气层受到的湿延迟量来构成B矩阵，得到观测方程A*x＝B，解算该层析方程可得到层析区域中该体素块集合每一个体素块中的水汽参数x，进而可以以更高的分辨率掌握该层析区域水汽分布及变化情况。
[0003]传统的地基GNSS三维水汽反演过程中，是通过线面求交的方法来计算GNSS信号线被体素块所截的截距，该过程需要分别求取该空间直线(下述的空间直线在该领域的实际应用中代表GNSS信号线)和所有与XZ、YZ、XY面平行的平面的交点，并根据Z值得大小进行交点排序，进而求得空间直线被体素块所截的截距，并通过交点的三维坐标计算得到某一段截距所在的体素块的编号，这个过程称之为直线体素化。该方法完全是在三维空间中进行，无疑增加了分割空间直线的难度，特别是当有巨量的空间直线需要分割时，GNSS水汽反演及预报所要求的实时性将会因传统方法的不足而受到挑战。

技术实现思路

[0004]鉴于以上传统方法存在的问题，提出一种基于空间直线三维重建的直线体素化方法，先投影获取二维交点信息；再根据编码进行交点排序、交点匹配，然后进行三维重建得到空间直线穿过体素块的交点并计算截距及截距所在的体素块编号。图1为本专利技术基于空间直线三维重建的直线体素化方法的总体流程，包括空间直线投影像素化和重建体素化两部分。
[0005]空间直线投影像素化是一个投影并逐步搜索获取二维交点信息的过程，如图1(a)所示：首先将所选定的空间坐标化，进一步离散化，将选取的空间分割为一个个规则的体素块的集合；将空间直线及体素块集合中的所有体素块投影到XZ、YZ、XY平面；沿投影线前进方向在投影平面上逐步搜索空间直线投影线与体素块投影得到的网格的交点，给交点编码并获取交点的坐标。重建体素化是一个组合三个投影平面的二维交点信息并进行空间直线交点信息重建的过程，如图1(b)所示：首先根据三个投影平面上获取的编码信息进行二维交点的排序和匹配，根据匹配成功的两个点的二维坐标重建空间直线与构成体素块的面的交点的三维坐标，进而求出空间直线被体素块所截的截距，同时还可以根据编码信息简便的求出空间直线穿过的体素块的编号。
[0006]本专利技术公开提出的在GNSS水汽反演过程中的基于空间直线三维重建的直线体素化方法易于实现，降低维度获取信息再进行信息整合的过程使得获取空间直线的分割信息更加高效，具有一定的应用价值。
附图说明
[0007]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的示意图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0008]图1为本专利技术提供的基于空间直线三维重建的直线体素化方法的流程图。
[0009]图2为本专利技术提供的空间坐标化及体素化示意图。
[0010]图3为本专利技术提供的空间直线及体素块投影示意图。
[0011]图4为本专利技术提供的空间直线投影像素化及获取交点信息示意图。
[0012]图5为本专利技术提供的空间直线重建及体素化示意图。
[0013]图6为本专利技术提供的根据XZ、YZ投影编码进行交点排序示意图。
[0014]图7为本专利技术提供的体素块编号规则示意图。
具体实施方式
[0015]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0016]以下步骤为空间直线投影像素化部分：
[0017]Step 1：将选取的空间进行坐标化、体素化处理。如图2所示，将选取的空间放置在合适的坐标系中，将其坐标化；利用如图2(a)、图2(b)、图2(c)所示的分别垂直于X轴、Y轴、Z轴的平面分割选取的空间，将该空间离散化为有限的体素块的集合，在此定义：与YZ平面平行的平面(即与X轴向垂直的平面)为YZ型面，与XZ平面平行的平面(即与Y轴向垂直的平面)为XZ型面，与XY平面平行的平面(即与Z轴向垂直的平面)为XY型面。
[0018]Step 2：将空间直线、体素块投影到XZ、YZ、XY平面。如图3所示，图3(a)为选取的被离散化后的区域和该区域中的一条空间直线，图3(b)、图3(c)、图3(d)分别表示构成该区域的体素块集和和空间直线在XZ、YZ、XY平面上的投影。
[0019]Step 3：投影线像素化并获取二维交点信息。如图4所示，按照投影线在投影面上的斜率(正或负)和直线前进方向(向上或向下)划分为如图4(a)、图4(b)、图4(c)、图4(d)所示的四种情况。以图4(a)所示的情况为例就投影线像素化及获取交点的过程进行如下描述：图4(a)中的START和END分别代表了空间直线的起、止点在二维平面上的投影点，在后续的交点搜索过程中也是沿着START到END的方向进行的；在交点搜索过程中，沿投影线的前进方向，起点与起点所在网格的角点的连线、交点与投影线经过该交点后将要穿过的网格的角点的连线均称为Del线，选择网格角点的原则是该Del线的方向与投影线前进方向一致(图4(a)中则是均朝向左上方)，上述的内容是对图中的搜索前进方向及交点搜索过程中的
判断线Del线进行了定义，下面将具体描述投影线与二维平面上的网格线交点的搜索过程。首先根据投影线起止点的坐标确定该投影线在投影坐标系中的斜率k；从START点开始，先比较Del线的斜率k
D
与k的大小关系，在图4(a)所示的情况(k<0；END
纵坐标
>START
纵坐标
)中,以START点为起点的Del线的斜率k
D
>k，所以可以判定该投影线的第一个交点必为投影线与横向网格线所交产生的；然后继续判断以第一个交点为起点的Del线的斜率k
D
与k的大小关系，发现k
D
<k，判定该投影线的第二个交点必为投影线与纵向网格线相交产生的，以此类推，直到到达投影线的终点结束搜索过程。在此过程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间直线三维重建的直线体素化方法，其特征在于，包括：S1：将空间坐标化；并将其分割规则立方体，将其体素化；S2：将要被体素化的空间直线和所有体素块分别投影到坐标系中的XZ、YZ、XY面上；S3：从投影线起点逐步前进，分别搜索三个投影面上空间直线投影线与体素块投影得到的网格的交点并进行编码；S4：根据XZ、YZ投影面上的不同类型交点编码之间的对应关系及小范围内的纵坐标大小关系对交点编码按从起点到终点的先后顺序进行排序；S5：根据每两个投影面上交点编码的对应关系将两个投影面上计算得到的二维交点信息进行匹配组合，得到空间直线穿过各型面的交点的三维坐标，进而求出截距；S6：结合S4中已完成排序的编码链和XY投影面上的编码链信息求得S5步骤中得到的截距所在体素块的编号。2.根据权利要求1所述的一种基于空间直线三维重建的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨维芳，李得宴，张子达，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：