本实用新型涉及三维建模技术领域，具体地，涉及一种用于获取数字城市实景三维建模数据的空地一体化系统。
背景技术：
随着“数字城市”、“智慧城市”、城市规划与管理、建筑景观设计、三维导航以及旅游开发等对城市真三维模型的需求，快速建立有真实纹理的城市三维景观日益突显出较高的经济价值和应用前景。然而，要想快速建立实景三维数字城市模型，关键在于快速获取真实、全要素、细节完整清晰、高精度以及高质量的城市三维建模数据。城市三维建模数据的获取主要包括几何模型信息和真实纹理信息数据的获取。
传统城市三维建模数据的获取，主要是人工搜集各种地形图、高程数据和影像，搜集时间长而且很难获得完整的数据。纹理信息数据一般通过人工地面采集的数码相片获得。几何信息数据则是通过地形图、地籍图或者DOM 提取，高度信息通过全数字摄影测量系统获取，个别精度要求较高的地区则通过人工地面采用全站仪等设备测量。其特点是: 数据高程精度低，工程制作周期长，投资成本大; 但其也具有灵活、场景简洁以及工艺简单的优势，适合在小范围、无现势地形图或影像资料的条件下进行三维建模数据获取，显然不适用于城市大场景实景三维建模数据的获取。
目前，大范围三维数字城市建模数据的获取主要通过传统的航空摄影测量来实现，由于是基于垂直摄影的成像方式，只能获取地物的空间位置信息和顶部纹理信息数据，地物的立面纹理信息数据还需要通过费时费力的实地摄影采集方式获取，这就造成了影像数据的获取方式存在差异以及地物信息数据获取的时间不同步。随着空间成像观测技术的出现，传统的航空摄影测量一定程度上正被越来越多的高分辨率遥感卫星图像所代替。现在部分高分辨率的卫星影像已经可以得到比航空成像设备更详细的地面信息影像数据。尽管如此，卫星图像仍具有与正射影像观测和解译中相同的问题，即仅能获取地表顶部信息数据，应用于城市三维建模仍缺失地物侧面信息数据，侧面纹理信息数据仍需要借助实地耗时耗力的摄影采集方式，这致使几何模型信息数据和纹理信息数据的获取时相不一致，从而严重影响三维模型的表现效果。
在测绘仪器领域，倾斜摄影测量和移动测量系统（mobile mapping system，MSS）是两项正在快速发展的新型信息采集技术。航空倾斜摄影测量颠覆了传统航空摄影模式只从单一垂直角度进行拍摄的局限，通过在一个飞行平台上同时搭载多个各成角度的传感器，分别从垂直和倾斜角度获取地面多方向的立体图像信息数据，机身还携带有高精度导航卫星定位接收机和惯性测量单元（inertial measurement unit，IMU）。倾斜摄影测量获得的多视倾斜航空影像数据，不仅能够真实地反映地物，高精度地获取建筑物顶面及侧面纹理信息，还可通过先进的定位、融合、建模等技术，生成真实的三维数字城市模型。倾斜摄影方式获取的建模数据虽然具有高真实性、全要素的优势，但是单独利用倾斜摄影测量技术还存在很多不足之处，如倾斜摄影由于建筑物等地面实体的遮挡，造成了近地面数据的丢失；由于倾斜摄影角度等不同，其在地面数据上的鉴别效果也不一样，这就造成了近地面数据的细节不清晰。
而另一项面向三维数字城市建模数据获取的技术解决方案是移动测量系统。通常情况下，MMS集成设备被安装在改装过的运载车辆平台上，其上配备有多种传感器，如CCD照相和摄像机、卫星定位接收机、惯性测量单元以及激光雷达扫描仪等，通过这些设备与车载计算机和存储设备连接，MMS可以借由主动发送扫描信号扫描运动经过的周边环境并记录各种信号，这些获取的信息通过IMU反算可得到扫描时所处的即时位置。车载移动测量系统能够方便快捷地穿梭于地物复杂且密集的地区，对地物影像和空间信息数据进行快速的采集，配合高精度定位定姿系统，能够获得具备高位置精度和高分辨率的街景影像数据，所获得的影像数据具有近地面数据的完整性和不失真性，这些影像数据提供了丰富的立面信息，而这些信息可以用来加快城市复杂真三维模型的生成。但由于成像原理的问题，使得MMS缺乏采集对象的顶部数据和纹理。
航空倾斜摄影测量获取的城市三维建模数据虽然存在近地面数据丢失和细节不清晰的不足之处，但是其具有较好的全局性和完整准确的高层数据信息; 相反，地面车载移动测量系统获取的车载影像数据可最真实的表现近地面景物信息，其近地面数据完整、细节清晰，但是其在全局上呈现不足，高层信息缺失。因此，为了最大限度地弥补航空倾斜摄影在近地面的不足，充分发挥地面车载移动测量在近地面的优势,有必要将航空倾斜摄影测量与地面车载移动测量进行有机的融合，建立用于采集建模数据的空地一体化系统，进而快速获取真实、全要素、细节完整清晰、高精度以及高质量的城市三维建模数据，为数字城市实景三维模型的快速生产做出重要贡献。
技术实现要素：
针对前述现有技术的问题，本实用新型提供了一种用于获取数字城市实景三维建模数据的空地一体化系统，通过将航空倾斜摄影测量与地面车载移动测量进行有机的融合，可以最大限度地弥补航空倾斜摄影在近地面的不足，充分发挥地面车载移动测量在近地面的优势，进而快速获取真实、全要素、细节完整清晰、高精度以及高质量的城市三维建模数据，为数字城市实景三维模型的快速生产做出重要贡献。
本实用新型采用的技术方案,提供了一种用于获取数字城市实景三维建模数据的空地一体化系统，包包括航空机载平台和地面移动车载平台；所述航空机载平台配置有机载服务器、第一无线通信模块、倾斜多视角成像仪、第一测姿定位模块和飞控执行模块，所述机载服务器分别连接所述第一无线通信模块、所述倾斜多视角成像仪、所述第一测姿定位模块和所述飞控执行模块；所述地面移动车载平台配置有车载服务器、第二无线通信模块、360度全景照相机、三维激光扫描仪、第二测姿定位模块、热成像仪、测速雷达和显示器，所述车载服务器分别连接所述第二无线通信模块、所述360度全景照相机、所述三维激光扫描仪、所述第二测姿定位模块、所述热成像仪、所述测速雷达和所述显示器，所述第二无线通信模块无线通讯连接所述第一无线通讯模块。
优化的，所述倾斜多视角成像仪包括安装在所述航空机载平台腹部的支架及固定在所述支架上的五个倾斜镜头；五个倾斜镜头的朝向分别为竖直向下方向、前视向下倾斜方向、后视向下倾斜方向、左视向下倾斜方向和右视向下倾斜方向，其中，五个倾斜镜头在水平面内呈马耳他十字形正交布置，前、后、左、右四个倾斜镜头的倾斜角度介于40～60度之间。
优化的，所述第一测姿定位模块包括高精度导航卫星定位接收机和惯性测量单元；所述第二测姿定位模块包括全球导航卫星系统接收机、惯性测量单元和距离测量仪。
优化的，所述热成像仪安装在所述车载平台的顶部；在所述车载平台的顶部还安装有可活动拉动的电动式防雨罩，所述电动式防雨罩连接所述车载服务器。
优化的，所述360度全景照相机由六部安装在所述车载平台顶部的高分辨率数字相机构成，六部高分辨率数字相机的镜头方向相交于一点呈放射状布置。
优化的，所述三维激光扫描仪由两部呈上下布置且安装在所述车载平台顶部的激光扫描仪构成，两部激光扫描仪的扫描端相互交叉。
优化的，所述航空机载平台的飞行载体为旋翼无人机，所述地面移动车载平台的行走载体为汽车。
优化的，所述第一无线通信模块和所述第二无线通信模块采用型号为ST2510AW-N的2.4G数字无线通信模块。
综上，采用本实用新型所提供的一种用于获取数字城市实景三维建模数据的空地一体化系统，具有如下有益效果：（1）将航空倾斜摄影测量与地面车载移动测量进行有机的融合，可以最大限度地弥补航空倾斜摄影在近地面的不足，充分发挥地面车载移动测量在近地面的优势，进而快速获取真实、全要素、细节完整清晰、高精度以及高质量的城市三维建模数据，为数字城市实景三维模型的快速生产做出重要贡献；（2）所述空地一体化系统具有获取方式工作量小、成本低且周期短等优点，可广泛应用于城市大场景实景三维建模数据的快速获取。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型提供的用于获取数字城市实景三维建模数据的空地一体化系统的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本实用新型提供的用于获取数字城市实景三维建模数据的空地一体化系统。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例一
图1示出了本实用新型提供的用于获取数字城市实景三维建模数据的空地一体化系统的结构示意图。本实施例提供的所述用于获取数字城市实景三维建模数据的空地一体化系统，包括航空机载平台和地面移动车载平台；所述航空机载平台配置有机载服务器、第一无线通信模块、倾斜多视角成像仪、第一测姿定位模块和飞控执行模块，所述机载服务器分别连接所述第一无线通信模块、所述倾斜多视角成像仪、所述第一测姿定位模块和所述飞控执行模块；所述地面移动车载平台配置有车载服务器、第二无线通信模块、360度全景照相机、三维激光扫描仪、第二测姿定位模块、热成像仪、测速雷达和显示器，所述车载服务器分别连接所述第二无线通信模块、所述360度全景照相机、所述三维激光扫描仪、所述第二测姿定位模块、所述热成像仪、所述测速雷达和所述显示器，所述第二无线通信模块无线通讯连接所述第一无线通讯模块。
如图1所示，在所述空地一体化系统中，所述航空机载平台作为一种载荷平台，承载由所述机载服务器、所述第一无线通信模块、所述倾斜多视角成像仪和所述第一测姿定位模块构成的航空倾斜多视角影像数据获取子系统，其可以但不限于为有人飞行器或无人飞行器，例如热气球、飞艇或无人机等。在所述航空机载平台中，所述第一无线通信模块用于与所述车载平台进行无线通讯，实现数据的交互；所述倾斜多视角成像仪用于采集航空倾斜多视角影像数据，并通过通讯线路将该数据传送至所述机载服务器；所述第一测姿定位模块用于获取航空机载平台的即时位置和姿态信息数据，并将这些数据传送至所述机载服务器；所述机载服务器一方面用于接收来自地面站（在本实用新型中，即所述地面移动车载平台）的飞控指令，并控制所述飞控执行模块执行飞控指令；另一方面用于接收所述即时位置和姿态信息数据，并根据这些数据判断航空机载平台是否达到预定位置，若是则控制所述倾斜多视角成像仪采集航空倾斜多视角影像数据，并将得到的航空倾斜多视角影像数据、即时位置及姿态信息数据绑定发送至地面站；所述飞控执行模块用于执行飞控指令，例如控制飞行平台按照预设航线飞行。此外，如图1所示，所述航空机载平台还包括用于为本地其它模块供电的第一蓄电池。
所述地面移动车载平台作为地面行走载体，承载由所述车载服务器、所述第二无线通信模块、所述360度全景照相机、所述三维激光扫描仪、所述第二测姿定位模块和所述热成像仪构成的地面车载影像数据获取子系统，其可以但不限于为汽车，所述汽车包括电动汽车。在所述地面移动车载平台中，所述第二无线通信模块用于与所述航空机载平台进行无线通讯，实现数据的交互；所述360度全景照相机用于采集车辆周围360°道路图像数据和建筑物信息数据，得到全景的地面车载影像数据，并将所述地面车载影像数据传送至所述车载服务器；所述三维激光扫描仪用于采集地面移动车载平台在行驶过程中道路和道路周围建筑物三维点云数据，以便作为所述地面移动车载影像数据的补充将其传送至所述车载服务器；所述热成像仪（利用红外探测器和光学成像物镜接收被测目标的红外辐射能量，将其反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，热图像上面的不同颜色代表被测物体的不同温度，这种热像图与物体表面的热分布场相对应）用于扫描车辆周围红外热像图数据，以便作为所述地面移动车载影像数据的补充将其传送至所述车载服务器；所述第二测姿定位模块用于获取地面移动车载平台的即时位置和姿态信息数据，并将这些数据传送至所述车载服务器；所述车载服务器一方面用于接收来自所述航空机载平台的航空倾斜多视角影像数据、即时位置及姿态信息数据，并结合本地的地面移动车载影像数据、三维激光点云数据、红外热像图数据、即时位置和姿态信息数据等，进行后续三维建模预处理，得到地物精确的几何模型以及顶面和侧面真实的纹理信息，最后结合三维模型制作，得到真实、精度高且能表现细部特征的三维场景；另一方面产生针对所述航空机载平台的控制指令，以便控制所述航空机载平台的航线和飞行速度，实现两者的同线路影像数据采集；所述测速雷达用于精确测量车辆的行驶距离，以便与所述第二测姿定位模块相结合，解决车载平台搜索不到卫星信号的问题，进而保证采集数据的准确性。此外，如图1所示，所述地面移动车载平台还包括用于为本地其它模块供电的第二蓄电池。
由此将航空倾斜摄影测量与地面移动车载测量进行有机的融合，可以最大限度地弥补航空倾斜摄影在近地面的不足，充分发挥地面移动车载测量在近地面的优势，进而快速获取真实、全要素、细节完整清晰、高精度以及高质量的城市三维建模数据，为数字城市实景三维模型的快速生产做出重要贡献。此外，所述空地一体化系统具有获取方式工作量小、成本低且周期短等优点，可广泛应用于城市大场景实景三维建模数据的快速获取。
优化的，所述倾斜多视角成像仪包括安装在所述航空机载平台腹部的支架及固定在所述支架上的五个倾斜镜头；五个倾斜镜头的朝向分别为竖直向下方向、前视向下倾斜方向、后视向下倾斜方向、左视向下倾斜方向和右视向下倾斜方向，其中，五个倾斜镜头在水平面内呈马耳他十字形正交布置，前、后、左、右四个倾斜镜头的倾斜角度介于40～60度之间。在采集航空倾斜多视角影像数据时，所述朝向为竖直向下方向的倾斜镜头获取传统垂直向下的影像数据（即获取地物顶面纹理的原始数据），另外四个倾斜镜头分别获取对应方向下的倾斜影像数据（即获取地物立面纹理的原始数据），由此利用该多角度拍摄机构，可获取丰富且表现细部特征的纹理信息，满足精细三维建模的需要。
优化的，所述第一测姿定位模块主要包括高精度导航卫星定位接收机和惯性测量单元（inertial measurement unit，IMU）；所述第二测姿定位模块主要包括全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite Sstem，GNSS）接收机、惯性测量单元和距离测量仪（Distance Measurement Indicator，DMI）。
优化的，所述热成像仪安装在所述车载平台的顶部；在所述车载平台的顶部还安装有可活动拉动的电动式防雨罩，所述电动式防雨罩连接所述车载服务器。所述电动式防雨罩用于在下雨时打开，防止淋湿位于所述车载平台顶部的仪器设备（可以但不限于包括所述热成像仪）。
优化的，所述360度全景照相机由六部安装在所述车载平台顶部的高分辨率数字相机构成，六部高分辨率数字相机的镜头方向相交于一点呈放射状布置。通过对六部高分辨率数字相机进行所述布置，可以在车辆行进过程中，完成车辆周围360°道路图像数据和建筑物信息数据的采集。
优化的，所述三维激光扫描仪由两部呈上下布置且安装在所述地面移动车载平台顶部的激光扫描仪构成，两部三维激光扫描仪的扫描端相互交叉。三维激光扫描仪是采用非接触式测量方式进行数据采集，通过配置上下两部激光扫描仪，可以完成车辆行驶过程中道路和道路周围建筑物三维点云数据的采集。
优化的，所述航空机载平台的飞行平台优选为旋翼无人机，所述地面移动车载平台的行走载体优选为汽车。
优化的，所述第一无线通信模块和所述第二无线通信模块可以但不限于采用型号为ST2510AW-N的2.4G数字无线通信模块。所述型号为ST2510AW-N的2.4G数字无线通信模块是一种基于802.11协议的远距离无线通信模块，可以实现5Km范围的有效无线通信，由此可满足本实施例的应用需求。
综上，本实施例所提供的用于获取数字城市实景三维建模数据的空地一体化系统，具有如下有益效果：（1）将航空倾斜摄影测量与地面移动车载测量进行有机的融合，可以最大限度地弥补航空倾斜摄影在近地面的不足，充分发挥地面移动车载测量在近地面的优势，进而快速获取真实、全要素、细节完整清晰、高精度以及高质量的城市三维建模数据，为数字城市实景三维模型的快速生产做出重要贡献；（2）所述空地一体化系统具有获取方式工作量小、成本低且周期短等优点，可广泛应用于城市大场景实景三维建模数据的快速获取。
如上所述，可较好地实现本实用新型。对于本领域的技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出不同形式的用于获取数字城市实景三维建模数据的空地一体化系统并不需要创造性的劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本实用新型的保护范围内。