[发明专利]海量数据按圈索引空间显示方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海量数据按圈索引空间显示方法，属于地理空间信息系统技术领域。

背景技术

三维激光扫描技术是上世纪九十年代蓬勃发展起来的高精度、快速获取物体三维几何数据的新型技术，车载三维激光测量系统基于三维激光扫描技术利用GPS导航仪、惯性制导系统及全景相机等能在高速移动状态下获取道路及道路两侧表面点云数据，已成为一种快速的空间数据获取手段，广泛应用于数字城市、基础测绘、城市规划、交通、环保等领域。一方面，它具有数据获取速度快、点云密集及场景复杂等特性，能充分发挥其精度高、速度快、数据相对完整的优势，提升城市信息化建设及管理的水平；另一方面，其获取的数据具有海量特性(激光扫描每秒可获取上万个点)，导致扫描工程获取扫描点达到数亿，受限于计算机等硬件设备，为提高渲染效率，需对内存中点云进行抽稀显示，渲染时间过长，浏览缓慢，无法体现海量点云的优势特性。

发明内容

本发明的目的是解决上述海量点云实时显示存在的问题，提供一种结合车载点云数据外业扫描及存储特性，将海量数据按圈索引空间显示方法。

为实现上述目的，本发明结合车载数据存储特性，采用一种基于方向包围盒实时加载点云方法。首先，使用车载三维激光测量系统进行采集数据，车载三维激光移动测量系统集成部件包括车辆、三维激光扫描仪、GPS导航仪、惯性制导系统和全景相机，采集数据过程在车辆行驶中进行，三维激光扫描仪用于获取点云数据，GPS导航仪与惯性制导系统构成的POS系统用于获取姿态位置信息；点云数据按照圈索引进行组织，以获取每一圈扫描圈的三维坐标点集；按照时间对齐，根据采集的POS信息插值结算获取三维点云数据扫描圈每一圈的姿态信息及位置信息；定义车载三维激光测量系统中的POS系统中心点为坐标系原点，车辆行驶的方向为Y轴正方向，垂直向上的方向为Z轴正方向，构建空间坐标系，其特征在于点云按圈存储，可有效判断每圈点云所构成的方向包围盒与视锥相交，以此来判断该圈点云是否显示，按如下步骤操作：

步骤1、根据点云数据每一个扫描圈POS系统的姿态信息及位置信息，求解出每一扫描圈POS中心指向下一圈POS中心构成的方向向量V_ij；

步骤2、以步骤1计算得到的方向向量V_ij作为该圈点云所在近似平面的法向量，相邻POS中心构成方向向量应平行与XOY平面；

步骤3、每圈POS中心点位于该圈点云所构成的平面上(该平面法向量为V_ij)，该圈点云范围已知(点云数据存储时统计获得)，以V_ij为主轴方向向量，以该圈点云最大最小值间平面距离为长，以相邻POS间平面距离的两倍为宽，以该圈点云高程值最大最小间高程差为高，构建该圈点云方向包围盒obBOX_i，POS点位于垂直与XOY平面且过包围盒中心点的方向向量上，据此计算方向包围盒八个顶点坐标；

步骤4、计算观察视图场景的相机的视锥体所构成的包围盒BOX；

步骤5、动态浏览显示三维数据时，根据分离轴理论计算判断每圈方向包围盒obBOX_i与视锥包围盒BOX是否相交，即寻找其不相交的分隔面，共十五种情况，满足其一即不相交，以此确定该圈点云不加载显示，若相交圈点云过多，可根据实际可加载设置对相交的总圈进行抽稀设置，加载其中部分圈的点云。

本发明的方法步骤1中所述的求解当前圈POS到下一圈POS构成的方向向量；车辆行驶过程中，三维激光移动测量系统获得的每圈扫描点云的中心点为POS系统通过计算获得的进行该圈点云扫描时激光扫描头的在WGS84坐标系下的位置(x0，y0，z0)和姿态(yaw，pitch，roll)，由此坐标可确定相邻圈点云POS中心位置构成的方向向量V_ij。

本发明的方法步骤2中所述的以方向向量V_ij作为该圈点云所在平面的法向量，意指由于移动测量系统结构设计激光扫描头扫描点云垂直于POS系统，故由相邻POS中心构成的方向向量V_ij(a，b，c)应垂直与该圈点云所在平面(激光扫描头快速旋转扫描一圈所获得的绝大部分扫描点位于近似平面上)，该平面理论上垂直与XOY平面，为方便后续计算方向包围盒(设计该方向包围盒顶面、底面平行于XOY平面)，在此设置方向向量V_ij为(a，b，0)。

步骤3中所述的计算每一扫描圈的方向包围盒，首先确定该方向包围盒的长、宽、高公式①求得：