Способ построения трехмерной векторной карты по цифровой модели и снимку местности
Владельцы патента RU 2680758:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU)
Изобретение относится к области обработки геопространственной информации и может быть использовано для создания трехмерных цифровых моделей объектов и территорий. Технический результат заключается в снижении временных затрат и повышении точности построения трехмерных векторных карт местности. Результат достигается тем, что в известную блок-схему формирования трехмерной геоинформационной системы, включающую блок управления базами данных, блок согласования баз данных, обеспечивающий ссылочную целостность между базой данных двумерных электронных карт и базой данных трехмерных объектов, блок трехмерных построений, добавлены двумерный снимок местности, блок двумерной векторизации, цифровая модель местности (ЦММ), блок географических преобразований, выделяющий по координатам вершин двумерного полигонального векторного объекта из ЦММ фрагмент регулярной матрицы высот, соответствующий объекту, база данных двумерных электронных карт и база данных трехмерных объектов. 2 ил.
Изобретение относится к области обработки геопространственной информации и может быть использовано для создания трехмерных цифровых моделей объектов и территорий.
Известен способ получения, обработки и отображения геопространственных данных в формате 3D с применением технологии лазерного сканирования (пат. №2591173 С1 РФ, МПК G06T 15/00 (2011.01), G06T 17/05 (2011.01), G06T 19/00 (2011.01), 10.07.2016) заключающийся в применении технологии лазерного сканирования, при котором с помощью лазерного сканера выполняют сканирование заданной территории, определяют пространственные координаты X, Y, Z точек отраженного лазерного луча от объектов заданной территории, создают интерфейсную подсистему подготовки и постоянного обновления геопространственных данных в формате 3D и передают в нее результаты сканирования, получают цифровую метрическую точечную модель заданной территории в формате 3D, создают административную подсистему в виде сервера геопространственных данных в формате 3D и передают в нее вышеуказанную модель, создают систему поиска нужного фрагмента территории и доступа к нему, получают нужный фрагмент территории в виде цифровой метрической точечной модели заданной территории в формате 3D.
обусловленные необходимостью нахождения рядом с объектом для проведения натурных измерений.
Известен способ трехмерного (3D) картографирования (пат. №2562368 С1 РФ, МПК G06T 17/05 (2011.01), 10.09.2015) заключающийся в выполнении сканирования заданного участка местности с привязкой к внешней системе координат, определении пространственных координаты X, Y, Z точек отраженного лазерного луча от объектов заданного участка местности, формировании облака точек всех объектов заданного участка местности, передаче результатов сканирования в ПЭВМ, регистрации в ней сканов, получении фактической цифровой точечной и векторной трехмерной модели заданного участка местности, на этой модели выбирают объект картографирования, определяют его границы, виртуально оптимизируют маршрут путем моделирования траектории движения внутри модели с помощью 3D навигации, выполняют предварительный анализ картографируемого участка, определяют параметры фильтрации для удаления из облака точек лазерных отражений не подлежащих картографированию объектов, проводят фильтрацию в автоматическом режиме.
Недостатками данного способа являются необходимость использования дополнительного оборудования (3D-сканер, GPS-трекер), высокие временные затраты на построение 3D модели, обусловленные необходимостью нахождения рядом с объектом для проведения натурных измерений, и необходимостью съемки с нескольких ракурсов одного и того же объекта, необходимость определения параметров фильтрации для удаления из облака точек лазерных отражений не подлежащих картографированию объектов, необходимость обработки больших объемов данных из-за специфики хранения результата сканирования в виде облака точек.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является способ формирования трехмерной геоинформационной системы и блок-схема для его осуществления (пат. №10273 U1 РФ, МПК G09B 29/00 (1995.01), 16.06.1999). Известный способ формирования трехмерной геоинформационной системы заключается в формировании базы данных на картографической основе, включающей пространственную и семантическую части, причем пространственная часть выполнена в виде двухмерной электронной карты местности, семантическая часть состоит из базы изображений объектов, включающей информацию о внешнем виде и вертикальной составляющей объектов, а также данные о количественных и качественных характеристиках объекта.
Известная блок-схема формирования трехмерной геоинформационной системы содержит двухмерную электронную карту, базу данных об объектах местности в виде изображений в вертикальной плоскости, базу данных о количественных и качественных характеристиках объектов, блок управления базами данных, блок согласования баз данных и блок трехмерных построений, при этом выходы двухмерной электронной карты и баз данных соединены с входом блока управления базами данных, выход которого соединен с входом блока согласования баз данных, выход блока согласования баз данных подключен к входу блока трехмерных построений.
Недостатком способа формирования трехмерной геоинформационной системы и блок-схемы для его осуществления является необходимость в наличии заранее сформированной базы данных, содержащей типовые объекты (здания и сооружения), наносимые на карту, высокие требования, предъявляемые к квалификации операторов, высокие временные затраты на ручной поиск объекта в базе данных, низкая точность результирующей векторной модели, обусловленная используемым подходом, при котором строятся псевдотрехмерные модели, отличающиеся от полноценных трехмерных моделей низкой достоверностью деталей моделируемых объектов.
Технической задачей изобретения является снижение временных затрат и повышение точности построения трехмерных векторных карт местности.
Задача решается тем, что в известную блок-схему формирования трехмерной геоинформационной системы, включающую блок управления базами данных, блок согласования баз данных, блок трехмерных построений, при этом выход блока управления базами данных соединен со входом блока согласования баз данных, добавлены двумерный снимок местности, блок двумерной векторизации, цифровая модель местности (ЦММ), блок географических преобразований, база данных двумерных электронных карт и база данных трехмерных объектов, причем двумерный снимок местности подается на вход блока двумерной векторизации, выход 2 блока двумерной векторизации соединен со входом 1 блока географических преобразований, на вход 2 блока географических преобразований подается ЦММ, выход блока географических преобразований соединен со входом блока трехмерных построений, выход блока трехмерных построений соединен со входом 2 блока управления базами данных, выход 1 блока двумерной векторизации соединен со входом 1 блока управления базами данных, выход 1 блока согласования баз данных соединен с базой данных двумерных электронных карт, а выход 2 с базой данных трехмерных объектов.
Изобретение может быть использовано для трехмерной векторизации зданий и сооружений на основе двумерной векторной карты местности и ЦММ и соответствует критерию «промышленная применимость».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена структура процесса построения трехмерных векторных карт местности, на фиг. 2. изображена блок-схема алгоритма трехмерной векторизации объектов.
Устройство функционирует следующим образом. На двумерном снимке местности выделяются полигональные векторные объекты. По координатам каждого из объектов выделяется область ЦММ, которая преобразуется в трехмерную векторную модель соответствующего объекта.
На фиг. 1 изображена структура процесса построения трехмерных векторных карт местности.
Двумерный снимок местности 101 представляет собой визуальное изображение обработанных данных дистанционного зондирования Земли. Изображение должно быть ортонормировано.
Цифровая модель местности (ЦММ) 103 представляет собой регулярную матрицу высот, полученную средствами дистанционного зондирования земли или средствами наземного 3D сканирования. ЦММ должна иметь географическую привязку.
Двумерный снимок местности 101 подается на вход блока двумерной векторизации 102, в котором осуществляется выделение двумерных полигональных векторных объектов. Выделенные векторные объекты подаются на вход 1 блока управления базами данных 106 и на вход 1 блока географических преобразований 104.
Блок географических преобразований 104 получает на вход 1 полигональный двумерный векторный объект, а на вход 2 ЦММ 103. По координатам вершин двумерного полигонального векторного объекта из ЦММ 103 выделяется фрагмент регулярной матрицы высот, соответствующий объекту. После этого фрагмент матрицы высот и двумерный полигональный векторный объект подаются на вход блока трехмерных построений 105.
В блоке трехмерных построений 105, с использованием полигонального двумерного векторного объекта и фрагмента матрицы высот, соответствующей данному объекту, строится регулярный трехмерный векторный объект в формате VRML, описывающийся как набор точек. Далее трехмерный векторный объект передается на вход 2 блока управления базами данных 106.
Блок управления базами данных принимает на вход 1 полигональные двумерные векторные объекты, а на вход 2 регулярные трехмерные векторные объекты в формате VRML. Двумерные векторные объекты заносятся в базу данных двумерных электронных карт 108. Трехмерные векторные объекты заносятся в базу данных трехмерных объектов 109.
Блок согласования баз данных 107 отвечает за поддержание ссылочной целостности между базой данных двумерных электронных карт 108 и базой данных трехмерных объектов 109.
Блок двумерной векторизации 102, блок географических преобразований 104 и блок трехмерных построений 105 могут быть реализованы на основе цифровой фотограмметрической станции со следующими характеристиками:
• процессор Intel Core i5 или выше;
• 16 Гб ОЗУ или более;
• видеоадаптер GeForce 950 или выше.
Блок управления базами данных 106, блок согласования баз данных 107, база данных двумерных электронных карт 108 и база данных трехмерных объектов 109 могут быть реализованы на основе системы управления базами данных, установленной на сервере со следующими характеристиками:
• процессор Intel Xeon E3v4 или выше;
• 64 Гб ОЗУ или более;
• НМЖД 1 Тб или более.
Алгоритм построения трехмерных векторных объектов представлен в виде блок-схемы на фиг. 2.
В блоке 201 выполняется ввод двумерного снимка местности 101 и цифровой модели местности 103. Далее осуществляется переход к блоку 202.
В блоке 202 производится проверка завершения обработки двумерного снимка местности 101. Если на снимке не осталось невыделенных объектов, то обработка завершается. Если на снимке присутствуют невыделенные объекты, то осуществляется переход к блоку 203.
В блоке 203 выполняется векторизация двумерного объекта. Далее осуществляется переход к блоку 204.
В блоке 204 на основе координат векторизованного в блоке 203 полигонального объекта выделяется участок ЦММ 103, географические координаты которого соответствуют географическим координатам векторизованного объекта.
Растровые координаты векторного объекта преобразуются в географические координаты. Если географические системы координат исходного двумерного снимка местности 101 и ЦММ 103 разнятся, то производится преобразование координат из системы координат снимка местности в систему координат ЦММ.
Далее географические координаты преобразуются в растровые координаты ЦММ 103. Участок ЦММ 103, описываемый векторизованным полигоном, передается в блок 205. Далее осуществляется переход к блоку 205.
В блоке 205 на основе выделенного в блоке 204 участка ЦММ 103 и векторизованного в блоке 203 объекта строится трехмерный векторный объект в формате VRML.
Размеры и форма основания объекта формируются из двумерного векторного объекта. Далее осуществляется переход к блоку 206.
В блоке 206 двумерный векторный объект, выделенный в блоке 203, заносится в базу данных двумерных электронных карт 108. Далее осуществляется переход к блоку 205.
В блоке 207 трехмерный векторный объект, построенный в блоке 205 вносится в базу данных трехмерных векторных объектов 109. Далее осуществляется переход к блоку 202.
Устройство построения трехмерной векторной карты по цифровой модели и снимку местности, включающее блок управления базами данных, блок согласования баз данных, обеспечивающий ссылочную целостность между базой данных двумерных электронных карт и базой данных трехмерных объектов, блок трехмерных построений, при этом выход блока управления базами данных соединен с входом блока согласования баз данных, отличающееся тем, что содержит двумерный снимок местности, блок двумерной векторизации, цифровую модель местности (ЦММ), блок географических преобразований, выделяющий по координатам вершин двумерного полигонального векторного объекта из ЦММ фрагмент регулярной матрицы высот, соответствующий объекту, базу данных двумерных электронных карт и базу данных трехмерных объектов, причем двумерный снимок местности подается на вход блока двумерной векторизации, выход 2 блока двумерной векторизации соединен с входом 1 блока географических преобразований, на вход 2 блока географических преобразований подается ЦММ, выход блока географических преобразований соединен с входом блока трехмерных построений, выход блока трехмерных построений соединен с входом 2 блока управления базами данных, выход 1 блока двумерной векторизации соединен с входом 1 блока управления базами данных, выход 1 блока согласования баз данных соединен с базой данных двумерных электронных карт, а выход 2 - с базой данных трехмерных объектов.
