[发明专利]一种三维室外地图的构建方法

说明书

本发明总体地涉一种三维室外地图的构建方法，特别是涉及一种基于差分GNSS与视觉图像的三维室外地图建立方法。

背景技术

随着高精度地图的需求日渐强烈，对于高精度地图的建立方式还比较统。

到目前为止，百度、高德地图、四维图新等提供的专用地图还维持在最高亚米级别，厘米级的高精度地图使用传统的地图建立方式还无法达到。

现有的厘米级高精度地图多数采用激光或者RTK差分GPS的方式，使用人力在地图边界或者障碍物轮廓，逐个采点。

现有技术的实施方式为：使用一套RTK-GNSS设备，对需要定位的边界每个点进行多次测量，取平均值得到定位点的相对坐标，重复以上工序。

将整个坐标的文件导入地图工具，即可获得一张有用的高精度地图。

申请号为201410650423.8的专利文献记载了一种差分卫星定位系统的电子地图绘制装置，其利用差分基站来接收卫星信号，并通过无线通讯模式将当前差分校准信息进行广播；差分移动站，安装于车辆上实现高精度车辆定位；视频采集系统，放置于车辆上，包括至少一路摄像机，摄像机可实时采集车辆运行过程中的道路图像；处理器，放置在车辆上，用于实时保存所述差分移动站获取的车辆定位信息，以及所述视频采集系统采集的道路图像。

申请号为201710236477.3的专利文献记载本发明公开了一种基于高精度三维地图的视觉定位系统及方法，该系统包括：数据采集模块，用于采集当前位置的图像数据和GNSS 数据；采集辅助模块，用于数据传输；电源模块，用于为系统模块供电；数据处理模块，用于存储视觉地图信息，处理所采集的GNSS数据和图像数据，包括GNSS数据匹配，特征点提取与匹配，最终实现定位功能。

现有技术有着以下几个方面的不足：1.对于人工构建的技术而言，地图构建效率较低，需要手动进行测绘，描点工作。流程上也考验工作的专业程度；每个边界都需要人力操作；一个地图需要多个工人，对于复杂的对象，时间成本较大；2.对于当前的基于RTK- GNSS结合图像采集的方法，需要对大量GNSS数据和图像数据处理进行处理，导致的系统运行效率下降。

发明内容

本发明将RTK-GNSS数据与采集的图像进行融合，利用后台算法将所得的图像进行拼接，以此来克服现有技术中的低效率问题。

本发明利用RTK-GNSS信息与图像信息进行融合，采用智能算法来对信息进行筛选与拼接，以此来克服现有技术中效率低和处理过程较为复杂的问题。

本发明利用以下步骤来实现技术效果的：

在对数据采集之前需预先设定好采集轨迹，采集轨迹由采集点所轨迹具有三维特性，即每个采集点在前后左右上下六个方位与周围的点的距离相等，呈现出规则的三维点阵结构。

使用带有图像采集模块以及定位模块的飞行器、地面或海面移动设备进行自动或者手动的移动采点，飞行定位由RTK-GNSS提供坐标数据。

当产生的数据达到厘米级精度且达到预定设定点时采集当前点的数据并保存，同时对此点的图像信息进行采集。

若采集设备到达预设点所计算得到的RTK-GNSS数据并未达到厘米级精度，则系统不采取此点信息。

以上进行采集得到的数据包括RTK-GNSS坐标信息；云台姿态信息包括与引力方向的倾角，与南北磁极的偏移角，云台姿态信息为高精度惯性传感器提供，主要提供云台航向角以及对地偏角信息，静态误差不超过1度；图片信息包括像素为m×n的图像。

对每一幅图片进行平面特征点分析，找出相应特征点，并轮流对每一对图片都进行特征点匹配，从而得出匹配的点集。

对产生的匹配点集进行相关极几何分析，剔除可靠度较差的点集。

对GNSS数据与IMU姿态进行位置估算，将相应的镜头姿态与云台的姿态以及拍摄点的GNSS坐标进行融合，产生相应的位置估计。

根据点信息，通过三角测量法计算出相应点的空间三维坐标。

通过已产生的三维信息，找出与每张图片的相关点，同时使用二维点与三维点的信息，找出对应的投影矩阵。

对三维点的位置信息进行光束法平差，得出最优效果解。

拼接已得到的最优解数据，生成三维点云，即为最终的三维室外地图。

本方案能实时记录照片及位置以及摄像机的校正信息，并通过算法优化地理信息。相对于其它技术方案，能非常准确的结合拍摄点的坐标，并准确的构建精准三维场景地图。并且利用算法将附有RTK-GNSS的图像数据进行拼接而生成相应的三维地图，因此避免了大量RTK-GNSS数据和图像数据处理导致的系统运行效率下降的情况。