一种基于增强现实技术的地理信息采集方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种信息采集方法及装置，属于GIS信息采集方法领域，具体涉及一种 移动端地理信息采集方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在国土与规划行业中，有许多业务都涉及到使用移动终端实施地理信息采集的工 作，例如国土巡查、地块报建，而在后续的业务中，地理信息在移动设备上的显示也尤为重 要。地理信息采集工作指用户对某地物进行地理信息进行录入的过程，其中地理信息包括 位置信息、属性信息等。地理信息显示指在移动端设备屏幕上将地理信息数据通过各种手 段和方式展示出来。
[0003] 传统的移动端地理信息采集系统，在信息采集方面，信息采集的手段分为两种:使 用GPS定位采集和在电子地图上通过选点采集。使用GPS定位采集地理位置信息的准确度依 赖于移动端设备接收卫星或通讯基站发出的信号强度，在楼群密集或基站稀疏的地方会遇 到定位精度低或定位用时长等不利因素。而在电子地图上采集位置的准确度取决于操作者 使用电子地图的熟练度和识图能力，对操作者本身要求高，需要对操作者进行培训以后才
[0004] 在信息显示方面，信息显示的手段分为两种:使用列表显示和在电子地图上显示。 使用列表显示地理信息不够直观，用户很难从充满密密麻麻的数字和文字中高效提取出感 兴趣的信息。而在电子地图上显示地理信息，虽然可以直观地在地图上展示地物要素的地 理位置，但是对于不熟练使用电子地图的用户来说，很难通过在电子地图上描绘的地理位 置判断出地物要素在现实中相对于用户当前位置的方位和距离。并且二维电子地图不具备 高程属性，无法直观展示高程信息。
[0005] 增强现实(Augmented Reality，简称AR)技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世 界信息"无缝"集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实 体信息(视觉信息，声音，味道，触觉等），通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟 的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和 虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。
[0006] 本发明提供一种新的地理信息采集手段，利用增强现实技术，在信息采集方面，可 以像日常生活中使用手机拍照一样简单地采集地物的位置信息，在信息显示方面，在手机 屏幕中构建三维空间，将地理信息与摄像头获取的现实场景互相叠加，使地理信息的展示 更加直观，让用户轻易获取地物的相对方位和距离。
【发明内容】
[0007] 本发明主要是解决现有技术中在采集地理信息时所存在的使用GPS定位耗时长， 信息采集效率低，并且使用电子地图采集位置对地图和操作者本身要求高的技术问题，提 供了一种基于增强现实技术的地理信息采集方法及装置。该方法可以采集任何相机能够拍 摄到的位置，不需要亲临定位点，并且不依赖地图数据，用户不需要进行耗时的切图工作， 设备也无需储存大容量的地图数据。
[0008] 为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于增强现实技术的地 理?目息米集方法，包括：
[0009] 将终端的摄像头照准采集目标，获取此时终端所在位置的基准点坐标(Ax，Ay);利 用摄影测量系统传感器获取目标点与基准点的方位角Az以及翻滚角Roll，通过翻滚角Roll 和终端摄像头高度计算得到目标点与移动终端的距离L，并且基于下式：
[0010] Bx=Ax+LXsin(Az)
[0011] By=Ay+L X cos (Az)
[0012]计算得到目标点坐标(Bx，By)。
[0013] 优化的，上述的一种基于增强现实技术的地理信息采集方法，所述方位角Az通过 下式计算得到：
[0014] Az = atan2(Ri2，R2i)
[0015] 式中，R是由方向传感器测量出的一个3*3的旋转矩阵，R12，R21分别为旋转矩阵R中 的相应矩阵元素。
[0016] 优化的，上述的一种基于增强现实技术的地理信息采集方法，所述翻滚角Roll通 过下式计算得出：
[0017] Ro 11 = atan2 (-R31, R33)
[0018] 式中，R是由方向传感器测量出的一个3*3的旋转矩阵，R31，R33分别为旋转矩阵R中 的相应矩阵元素。
[0019] 优化的，上述的一种基于增强现实技术的地理信息采集方法，所述距离L通过下式 计算得出：
[0020] L = HX tan(Roll)
[00211式中，Η为摄像头高度。
[0022] 为了解决上述问题，根据本发明的另一个方面，提供了一种基于增强现实技术的 地理信息采集装置，包括：
[0023] 基准坐标采集装置，用于将终端的摄像头照准采集目标，并获取此时终端所在位 置的基准点坐标(Ax,Ay);
[0024] 姿态参数采集装置，用于利用摄影测量系统传感器获取目标点与基准点的方位角 Az以及翻滚角Roll;
[0025] 目标距离计算装置，用于通过翻滚角Roll和终端摄像头高度计算得到目标点与移 动终端的距离L，
[0026] 目标坐标计算装置，用于基于下式：
[0027] Bx=Ax+LXsin(Az)
[0028] By=Ay+L X cos (Az)
[0029] 计算得到目标点坐标(Bx，By)。
[0030] 优化的，上述的一种基于增强现实技术的地理信息采集装置，所述姿态参数采集 装置通过下式计算得到方位角Az :
[0031] Az = atan2(Ri2，R2i)
[0032] 式中，R是由方向传感器测量出的一个3*3的旋转矩阵，R12，R21分别为旋转矩阵R中 的相应矩阵元素。
[0033] 优化的，上述的一种基于增强现实技术的地理信息采集装置，所述姿态参数采集 装置通过下式计算得出翻滚角Roll:
[0034] Ro 11 = atan2 (-R31, R33)
[0035] 式中，R是由方向传感器测量出的一个3*3的旋转矩阵，R31，R33分别为旋转矩阵R中 的相应矩阵元素。
[0036]优化的，上述的一种基于增强现实技术的地理信息采集装置，所述目标距离计算 装置通过下式计算得出距离L:
[0037] L = HX tan(Roll)
[0038] 式中，Η为摄像头高度。
[0039]因此，本发明具有如下优点：
[0040] 1.信息采集不受位置所在环境限制，只要照相机可以拍摄到的位置，都可以通过 本方法直接采集其位置信息，不需要亲临定位点；
[0041] 2.信息采集不依赖于地图数据，不需要进行耗时的切图工作，设备也无需储存大 容量的地图数据；
【附图说明】
[0042] 附图1是本发明的传感器坐标采集功能界面图；
[0043]附图2是直角坐标系中的方位角和距离示意图；
[0044] 附图3是直角坐标系中的多个目标点的坐标时的方位角和距离示意图；
[0045] 附图4是手机空间直角坐标系示意图；
[0046]附图5是手机姿态角定义图；
[0047] 附图6是摄像机C、采集点Β与基准点Α在横截方向的几何关系图；
[0048] 附图7是基准点(A)推算误差的误差范围示意图；
[0049]附图8是相机尚误差与相机尚真值的几何关系不意图；
[0050] 附图9是距离解算误差与各结算参数之间的几何关系示意图；
【具体实施方式】
[0051] 下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0052] 实施例：
[0053] 本实施例包括地理信息的采集两部分。下面分别介绍。
[0054] -、地理信息采集。
[0055] 本发明的地理信息采集方法及装置中，需要一台具备GPS传感器、姿态传感器(方 向传感器、陀螺仪）、运动传感器(方向传感器）的移动设备，并安装具有传感器坐标采集的 应用程序。
[0056] 当用户启动传感器坐标采集功能时，应用程序将打开摄像头并启动GPS定位功能； 待用户设置相机高后，应用程序进入传感器坐标采集状态，如图1所示。用户将屏幕中的十 字丝准心（图1中间箭头位置)照准采集点，点击右下角红色按钮，即可完成一个坐标点的采 集工作。
[0057]下面详细介绍本实施例的具体原理。
[0058] 1、坐标推导原理
[0059]如图2所示，确定直角坐标系中一个坐标点（B)相对于另外一个已知坐标点(A)的 相对位置时，需要提供两个参数:方位角(Az)、距离(L)。
[0060] 根据三角关系原理，B点的绝对坐标推算公式如下：
[0061] Bx=Ax+LXsin(A