一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的地理信息采集方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種信息采集方法及裝置，屬于GIS信息采集方法領(lǐng)域，具體涉及一種 移動(dòng)端地理信息采集方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在國(guó)土與規(guī)劃行業(yè)中，有許多業(yè)務(wù)都涉及到使用移動(dòng)終端實(shí)施地理信息采集的工 作，例如國(guó)土巡查、地塊報(bào)建，而在后續(xù)的業(yè)務(wù)中，地理信息在移動(dòng)設(shè)備上的顯示也尤為重 要。地理信息采集工作指用戶對(duì)某地物進(jìn)行地理信息進(jìn)行錄入的過(guò)程，其中地理信息包括 位置信息、屬性信息等。地理信息顯示指在移動(dòng)端設(shè)備屏幕上將地理信息數(shù)據(jù)通過(guò)各種手 段和方式展示出來(lái)。
[0003] 傳統(tǒng)的移動(dòng)端地理信息采集系統(tǒng)，在信息采集方面，信息采集的手段分為兩種:使 用GPS定位采集和在電子地圖上通過(guò)選點(diǎn)采集。使用GPS定位采集地理位置信息的準(zhǔn)確度依 賴于移動(dòng)端設(shè)備接收衛(wèi)星或通訊基站發(fā)出的信號(hào)強(qiáng)度，在樓群密集或基站稀疏的地方會(huì)遇 到定位精度低或定位用時(shí)長(zhǎng)等不利因素。而在電子地圖上采集位置的準(zhǔn)確度取決于操作者 使用電子地圖的熟練度和識(shí)圖能力，對(duì)操作者本身要求高，需要對(duì)操作者進(jìn)行培訓(xùn)以后才
[0004] 在信息顯示方面，信息顯示的手段分為兩種:使用列表顯示和在電子地圖上顯示。 使用列表顯示地理信息不夠直觀，用戶很難從充滿密密麻麻的數(shù)字和文字中高效提取出感 興趣的信息。而在電子地圖上顯示地理信息，雖然可以直觀地在地圖上展示地物要素的地 理位置，但是對(duì)于不熟練使用電子地圖的用戶來(lái)說(shuō)，很難通過(guò)在電子地圖上描繪的地理位 置判斷出地物要素在現(xiàn)實(shí)中相對(duì)于用戶當(dāng)前位置的方位和距離。并且二維電子地圖不具備 高程屬性，無(wú)法直觀展示高程信息。
[0005] 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR)技術(shù)，它是一種將真實(shí)世界信息和虛擬世 界信息"無(wú)縫"集成的新技術(shù)，是把原本在現(xiàn)實(shí)世界的一定時(shí)間空間范圍內(nèi)很難體驗(yàn)到的實(shí) 體信息(視覺(jué)信息，聲音，味道，觸覺(jué)等），通過(guò)電腦等科學(xué)技術(shù)，模擬仿真后再疊加，將虛擬 的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，被人類感官所感知，從而達(dá)到超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)。真實(shí)的環(huán)境和 虛擬的物體實(shí)時(shí)地疊加到了同一個(gè)畫面或空間同時(shí)存在。
[0006] 本發(fā)明提供一種新的地理信息采集手段，利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在信息采集方面，可 以像日常生活中使用手機(jī)拍照一樣簡(jiǎn)單地采集地物的位置信息，在信息顯示方面，在手機(jī) 屏幕中構(gòu)建三維空間，將地理信息與攝像頭獲取的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景互相疊加，使地理信息的展示 更加直觀，讓用戶輕易獲取地物的相對(duì)方位和距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中在采集地理信息時(shí)所存在的使用GPS定位耗時(shí)長(zhǎng)， 信息采集效率低，并且使用電子地圖采集位置對(duì)地圖和操作者本身要求高的技術(shù)問(wèn)題，提 供了一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的地理信息采集方法及裝置。該方法可以采集任何相機(jī)能夠拍 攝到的位置，不需要親臨定位點(diǎn)，并且不依賴地圖數(shù)據(jù)，用戶不需要進(jìn)行耗時(shí)的切圖工作， 設(shè)備也無(wú)需儲(chǔ)存大容量的地圖數(shù)據(jù)。
[0008] 為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的地 理?目息米集方法，包括：
[0009] 將終端的攝像頭照準(zhǔn)采集目標(biāo)，獲取此時(shí)終端所在位置的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)(Ax，Ay);利 用攝影測(cè)量系統(tǒng)傳感器獲取目標(biāo)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的方位角Az以及翻滾角Roll，通過(guò)翻滾角Roll 和終端攝像頭高度計(jì)算得到目標(biāo)點(diǎn)與移動(dòng)終端的距離L，并且基于下式：
[0010] Bx=Ax+LXsin(Az)
[0011] By=Ay+L X cos (Az)
[0012]計(jì)算得到目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)(Bx，By)。
[0013] 優(yōu)化的，上述的一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的地理信息采集方法，所述方位角Az通過(guò) 下式計(jì)算得到：
[0014] Az = atan2(Ri2，R2i)
[0015] 式中，R是由方向傳感器測(cè)量出的一個(gè)3*3的旋轉(zhuǎn)矩陣，R12，R21分別為旋轉(zhuǎn)矩陣R中 的相應(yīng)矩陣元素。
[0016] 優(yōu)化的，上述的一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的地理信息采集方法，所述翻滾角Roll通 過(guò)下式計(jì)算得出：
[0017] Ro 11 = atan2 (-R31, R33)
[0018] 式中，R是由方向傳感器測(cè)量出的一個(gè)3*3的旋轉(zhuǎn)矩陣，R31，R33分別為旋轉(zhuǎn)矩陣R中 的相應(yīng)矩陣元素。
[0019] 優(yōu)化的，上述的一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的地理信息采集方法，所述距離L通過(guò)下式 計(jì)算得出：
[0020] L = HX tan(Roll)
[00211式中，Η為攝像頭高度。
[0022] 為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的 地理信息采集裝置，包括：
[0023] 基準(zhǔn)坐標(biāo)采集裝置，用于將終端的攝像頭照準(zhǔn)采集目標(biāo)，并獲取此時(shí)終端所在位 置的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)(Ax,Ay);
[0024] 姿態(tài)參數(shù)采集裝置，用于利用攝影測(cè)量系統(tǒng)傳感器獲取目標(biāo)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)的方位角 Az以及翻滾角Roll;
[0025] 目標(biāo)距離計(jì)算裝置，用于通過(guò)翻滾角Roll和終端攝像頭高度計(jì)算得到目標(biāo)點(diǎn)與移 動(dòng)終端的距離L，
[0026] 目標(biāo)坐標(biāo)計(jì)算裝置，用于基于下式：
[0027] Bx=Ax+LXsin(Az)
[0028] By=Ay+L X cos (Az)
[0029] 計(jì)算得到目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)(Bx，By)。
[0030] 優(yōu)化的，上述的一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的地理信息采集裝置，所述姿態(tài)參數(shù)采集 裝置通過(guò)下式計(jì)算得到方位角Az :
[0031] Az = atan2(Ri2，R2i)
[0032] 式中，R是由方向傳感器測(cè)量出的一個(gè)3*3的旋轉(zhuǎn)矩陣，R12，R21分別為旋轉(zhuǎn)矩陣R中 的相應(yīng)矩陣元素。
[0033] 優(yōu)化的，上述的一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的地理信息采集裝置，所述姿態(tài)參數(shù)采集 裝置通過(guò)下式計(jì)算得出翻滾角Roll:
[0034] Ro 11 = atan2 (-R31, R33)
[0035] 式中，R是由方向傳感器測(cè)量出的一個(gè)3*3的旋轉(zhuǎn)矩陣，R31，R33分別為旋轉(zhuǎn)矩陣R中 的相應(yīng)矩陣元素。
[0036]優(yōu)化的，上述的一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的地理信息采集裝置，所述目標(biāo)距離計(jì)算 裝置通過(guò)下式計(jì)算得出距離L:
[0037] L = HX tan(Roll)
[0038] 式中，Η為攝像頭高度。
[0039]因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0040] 1.信息采集不受位置所在環(huán)境限制，只要照相機(jī)可以拍攝到的位置，都可以通過(guò) 本方法直接采集其位置信息，不需要親臨定位點(diǎn)；
[0041] 2.信息采集不依賴于地圖數(shù)據(jù)，不需要進(jìn)行耗時(shí)的切圖工作，設(shè)備也無(wú)需儲(chǔ)存大 容量的地圖數(shù)據(jù)；
【附圖說(shuō)明】
[0042] 附圖1是本發(fā)明的傳感器坐標(biāo)采集功能界面圖；
[0043]附圖2是直角坐標(biāo)系中的方位角和距離示意圖；
[0044] 附圖3是直角坐標(biāo)系中的多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)的方位角和距離示意圖；
[0045] 附圖4是手機(jī)空間直角坐標(biāo)系示意圖；
[0046]附圖5是手機(jī)姿態(tài)角定義圖；
[0047] 附圖6是攝像機(jī)C、采集點(diǎn)Β與基準(zhǔn)點(diǎn)Α在橫截方向的幾何關(guān)系圖；
[0048] 附圖7是基準(zhǔn)點(diǎn)(A)推算誤差的誤差范圍示意圖；
[0049]附圖8是相機(jī)尚誤差與相機(jī)尚真值的幾何關(guān)系不意圖；
[0050] 附圖9是距離解算誤差與各結(jié)算參數(shù)之間的幾何關(guān)系示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0051] 下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0052] 實(shí)施例：
[0053] 本實(shí)施例包括地理信息的采集兩部分。下面分別介紹。
[0054] -、地理信息采集。
[0055] 本發(fā)明的地理信息采集方法及裝置中，需要一臺(tái)具備GPS傳感器、姿態(tài)傳感器(方 向傳感器、陀螺儀）、運(yùn)動(dòng)傳感器(方向傳感器）的移動(dòng)設(shè)備，并安裝具有傳感器坐標(biāo)采集的 應(yīng)用程序。
[0056] 當(dāng)用戶啟動(dòng)傳感器坐標(biāo)采集功能時(shí)，應(yīng)用程序?qū)⒋蜷_(kāi)攝像頭并啟動(dòng)GPS定位功能； 待用戶設(shè)置相機(jī)高后，應(yīng)用程序進(jìn)入傳感器坐標(biāo)采集狀態(tài)，如圖1所示。用戶將屏幕中的十 字絲準(zhǔn)心（圖1中間箭頭位置)照準(zhǔn)采集點(diǎn)，點(diǎn)擊右下角紅色按鈕，即可完成一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的采 集工作。
[0057]下面詳細(xì)介紹本實(shí)施例的具體原理。
[0058] 1、坐標(biāo)推導(dǎo)原理
[0059]如圖2所示，確定直角坐標(biāo)系中一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)（B)相對(duì)于另外一個(gè)已知坐標(biāo)點(diǎn)(A)的 相對(duì)位置時(shí)，需要提供兩個(gè)參數(shù):方位角(Az)、距離(L)。
[0060] 根據(jù)三角關(guān)系原理，B點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)推算公式如下：
[0061] Bx=Ax+LXsin(A