專(zhuān)利名稱(chēng)：基于數(shù)字圖像技術(shù)的沙石坑土方量測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及沙石坑土方量的測(cè)量方法，特別是一種基于數(shù)字圖像技術(shù)的沙石坑土
方量測(cè)量方法，屬于土地管理電子信息化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)家城鎮(zhèn)化步伐的加快和各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，我國(guó)砂石礦開(kāi)采速度逐漸加
快，但大都以中小規(guī)模為主。從二十世紀(jì)九十年代中后期到本世紀(jì)初，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程
的加快，特別是房地產(chǎn)業(yè)和道路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，大中小城市對(duì)砂石料有著巨
大的市場(chǎng)需求，挖沙采礦現(xiàn)象不斷加劇，一度達(dá)到了失控狀態(tài)，而且挖砂行為公司化、規(guī)模
化及機(jī)械化特征十分明顯。沙石坑的存在不僅惡化生態(tài)環(huán)境，破壞寶貴的土地資源，還對(duì)城
市建設(shè)及城市管理和土地規(guī)劃造成了不利的影響，因此治理和修復(fù)沙石坑至關(guān)重要。 以現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量手段對(duì)沙石坑現(xiàn)狀調(diào)查主要包括沙石坑的深度和規(guī)模以及沙
石坑土方量，從精度、生產(chǎn)周期、生產(chǎn)成本和制約條件等幾方面分析，存在明顯不足 (1)航空激光掃描儀(航空LIDAR) :LIDAR系統(tǒng)在工作時(shí)通常都配有CCD相機(jī)，工
作時(shí)沿測(cè)區(qū)設(shè)計(jì)航線采集地面點(diǎn)三維數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)獲取完畢后可處理得到測(cè)區(qū)正射影像和地
面高程模型(DEM)。 LIDAR地面采集精度是相當(dāng)高的，生產(chǎn)周期比較短，受氣象條件的約束
也比航空攝影要小一些。但生產(chǎn)成本仍然比較高，一般適用于大面積地形測(cè)量。 (2)地面激光掃描儀(地面LIDAR):地面LIDAR采用非接觸式高速激光測(cè)量方式，
掃描儀對(duì)目標(biāo)發(fā)射激光，根據(jù)激光發(fā)射和接收的時(shí)間差，計(jì)算出相應(yīng)被測(cè)點(diǎn)與掃描儀的距
離，再跟據(jù)水平向和垂直向的步進(jìn)角距值，實(shí)時(shí)計(jì)算出被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，即以點(diǎn)云的形式
獲取地形及復(fù)雜物體三維表面的陣列式幾何圖形數(shù)據(jù)。精度非常高，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化
程度高。但是生產(chǎn)成本高，并且相比航空LIDAR，地面LIDAR的激光功率要小得多，所以其最
大測(cè)量距離大多300m左右(反射率大于80%的條件下)，而通常地面反射率早20%以下，
沙坑內(nèi)則更低。 (3)外業(yè)實(shí)測(cè)在外業(yè)實(shí)測(cè)中，首先布設(shè)GPS控制點(diǎn)，采用GPS衛(wèi)星接收機(jī)進(jìn)行控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集，用全站儀補(bǔ)充GPS無(wú)法采集到的點(diǎn)的數(shù)據(jù)，高效、低成本地測(cè)量沙石坑內(nèi)相應(yīng)部分的地形變化。但這種外業(yè)實(shí)測(cè)都會(huì)存在數(shù)據(jù)采集不全、不準(zhǔn)的情況，比如說(shuō)地形變化處如溝、坎、堤、坡等上面有點(diǎn)下面無(wú)點(diǎn)或少點(diǎn)，也會(huì)受到天氣和環(huán)境的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足之處，提供一種基于數(shù)字圖像技術(shù)的沙石坑土方量測(cè)量方法，采用近景攝影測(cè)量技術(shù)，以掌上電腦和數(shù)碼相機(jī)為主，基于GPS/RTK和雙標(biāo)志桿，實(shí)現(xiàn)了外業(yè)采集自動(dòng)化，免去全站儀布設(shè)和采點(diǎn)，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)周期短，大大減少了外業(yè)工作量，降低了成本。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種基于數(shù)字圖像技術(shù)的沙石坑土方量測(cè)量方法，其特征是設(shè)有
(1)用于全球衛(wèi)星定位的GNSS網(wǎng)絡(luò)； (2)外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)為Windows Mobile 5. 0及以上版本且安裝 有外業(yè)數(shù)據(jù)采集軟件的掌上電腦、數(shù)碼相機(jī)、GPS/RTK設(shè)備； (3)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)有內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟硬件，包括 NET Framework2. 0且安 裝有內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)； 首先進(jìn)行外業(yè)測(cè)量，根據(jù)沙石坑地形，在沙石坑邊緣布設(shè)控制點(diǎn)，運(yùn)行在掌上電腦 的外業(yè)軟件，通過(guò)GNSS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收GPS定位結(jié)果，實(shí)時(shí)顯示在掌上電腦上并保存在外業(yè) 軟件的GPSPoint點(diǎn)圖層中，然后對(duì)GPSPoint點(diǎn)圖層進(jìn)行屏幕取點(diǎn)，將所布設(shè)的控制點(diǎn)按照 順序依次連接，構(gòu)成沙坑邊界線圖層，保存在PDA中；選擇控制點(diǎn)，把這些控制點(diǎn)作為像片 控制點(diǎn)，在這些像片控制點(diǎn)上架設(shè)雙標(biāo)志桿，用數(shù)碼相機(jī)對(duì)沙石坑內(nèi)陷區(qū)以及雙標(biāo)志桿進(jìn) 行拍照，將像片與外業(yè)采集數(shù)據(jù)上傳至內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，根據(jù)GPSPoint點(diǎn)圖層和像片， 解算單張像片信息，然后通過(guò)立體像對(duì)解算得到沙石坑內(nèi)部點(diǎn)的三維坐標(biāo)，利用沙石坑邊 界線圖層文件建立三角網(wǎng)模型，對(duì)三角網(wǎng)模型進(jìn)行計(jì)算，得到沙石坑深度和土方量。
上述方法可按以下具體步驟進(jìn)行 (1)影像圖導(dǎo)入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過(guò)訪問(wèn)地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，下載地圖數(shù)據(jù)，將該數(shù)
據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線導(dǎo)入外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的掌上電腦中，導(dǎo)航到沙石坑現(xiàn)場(chǎng)； (2)采集沙石坑邊界控制點(diǎn)信息在沙石坑的邊界特征點(diǎn)處布設(shè)控制點(diǎn)，運(yùn)行在
掌上電腦的外業(yè)軟件通過(guò)GNSS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收GPS定位結(jié)果，并實(shí)時(shí)顯示在掌上電腦上，這
些點(diǎn)自動(dòng)保存在外業(yè)軟件的GPSPoint點(diǎn)圖層中，然后對(duì)GPSPoint點(diǎn)圖層進(jìn)行屏幕取點(diǎn)，
按照順序依次連接，構(gòu)成沙坑邊界線圖層，保存在PDA中；選擇控制點(diǎn)作為像片控制點(diǎn)，這
些像片控制點(diǎn)應(yīng)確保構(gòu)成四個(gè)照片像對(duì)，通過(guò)這四個(gè)照片像對(duì)能獲得沙石坑內(nèi)陷區(qū)的內(nèi)部
點(diǎn)，在像片控制點(diǎn)架設(shè)雙標(biāo)志桿，即在一個(gè)像片控制點(diǎn)的標(biāo)桿上布設(shè)兩個(gè)測(cè)量標(biāo)志； (3)數(shù)碼相機(jī)實(shí)地拍照數(shù)碼相機(jī)從能反映沙石坑內(nèi)部地形的方向拍攝立體像
對(duì)，組成立體像對(duì)的攝影角度應(yīng)大于45。并小于135° ，沙石坑應(yīng)處于像片的中間位置，并
且每張像片內(nèi)至少包含三個(gè)雙標(biāo)志桿，隨著攝影方向的變化，標(biāo)牌應(yīng)能及時(shí)正面對(duì)準(zhǔn)攝影
方向，以提高標(biāo)牌成像效果； (4)運(yùn)行在掌上電腦的外業(yè)軟件將所有的空間和屬性信息保存為sh即efile格式 文件，直至外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作結(jié)束； (5)外業(yè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將外業(yè)采集生成的控制點(diǎn)圖層以及數(shù)碼相 機(jī)拍照的數(shù)碼相片通過(guò)數(shù)據(jù)線導(dǎo)入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)； (6)單張像片解算相片信息基于GPSPoint點(diǎn)圖層，利用像片控制點(diǎn)的在相片上 的二維平面坐標(biāo)以及外業(yè)采集的三維空間坐標(biāo)，利用攝影測(cè)量理論，計(jì)算數(shù)碼像片的內(nèi)方 位元素、相片的外方位元素和畸變系數(shù)，其中，外方位元素包括攝影位置參數(shù)Xs、 Ys、 Zs和攝 影姿態(tài)參數(shù)P、 " 、 k ，內(nèi)方位元素包括影物鏡焦距f和像片像主點(diǎn)的圖像坐標(biāo)x。、 y。(在該 算法中二者均為0)，像片像主點(diǎn)為物鏡中心在像片上的垂足點(diǎn)，物鏡畸變系數(shù)為、；
(7)立體像對(duì)解算沙石坑內(nèi)部點(diǎn)坐標(biāo)信息根據(jù)沙石坑內(nèi)部的一些特征點(diǎn)，利用 立體像對(duì)的前方交會(huì)原理，計(jì)算這些特征點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，這些特征點(diǎn)保存在沙坑內(nèi)部 點(diǎn)圖層中，與外業(yè)獲得的沙坑邊界線圖層共同組成構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)模型的數(shù)據(jù)(TIN);
(8) 土方量計(jì)算根據(jù)外業(yè)采集數(shù)據(jù)和內(nèi)業(yè)處理的數(shù)據(jù)，利用沙石坑邊界點(diǎn)構(gòu)建
5第一期TIN,在第一期TIN下插入沙石坑內(nèi)部點(diǎn)，建立第二期TIN,兩期TIN相減，從而求得 沙石坑土方量，并且可得到沙石坑的深度。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果 (1)創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了沙石坑土方量測(cè)量的新方法，以掌上電腦和數(shù)碼相機(jī)為主， GPS/RTK和雙標(biāo)牌為輔，實(shí)現(xiàn)外業(yè)信息的全數(shù)字化采集和記錄，外業(yè)設(shè)備簡(jiǎn)單，工作量小。掌 上電腦可以實(shí)時(shí)顯示GPS的定位信息，并且記錄保存沙石坑邊界點(diǎn)圖層；數(shù)碼相機(jī)拍攝的 沙石坑照片可以提供豐富的沙坑信息，利用單張像片和立體像對(duì)解算可得到沙石坑內(nèi)部點(diǎn) 的三維坐標(biāo)。 (2)創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了外業(yè)采集中的"一桿雙標(biāo)"的形式，也就是在架設(shè)在一個(gè)控制 點(diǎn)的標(biāo)桿上布設(shè)兩個(gè)測(cè)量標(biāo)志牌，該方法不僅能夠減少控制點(diǎn)的布設(shè)數(shù)量，同時(shí)可以提高 測(cè)量精度。 (3)創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，結(jié)合掌上電腦的底圖信息，GPS/RTK得到
的像片控制點(diǎn)圖層，在內(nèi)業(yè)系統(tǒng)中與數(shù)碼相片進(jìn)行綜合處理，得到沙石坑的內(nèi)部點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)
行構(gòu)建沙石坑的三角網(wǎng)模型，進(jìn)行土方量計(jì)算，簡(jiǎn)單方便。 本發(fā)明可應(yīng)用于以下的領(lǐng)域或行業(yè) (1)規(guī)劃部門(mén)用于土地規(guī)劃； (2)國(guó)土部門(mén)用于沙石坑治理和修復(fù)； (3)國(guó)土資源部門(mén)用于礦產(chǎn)計(jì)算。


圖1是本發(fā)明方法的系統(tǒng)連接示意圖；
圖2是外業(yè)數(shù)據(jù)采集示意圖；
圖3是本發(fā)明的數(shù)據(jù)流圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖l，基于近景攝影測(cè)量技術(shù)的土方量測(cè)量方法設(shè)有
(1)用于全球衛(wèi)星定位的GNSS網(wǎng)絡(luò)； (2)外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)操作系統(tǒng)為Windows Mobile 5. 0及以上版本且安裝有外 業(yè)數(shù)據(jù)采集軟件的掌上電腦一個(gè)、數(shù)碼相機(jī)一臺(tái)、GPS/RTK設(shè)備一套； 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) NetFramework 2. 0且安裝有內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)一 臺(tái)° 在進(jìn)行外業(yè)測(cè)量之前，先對(duì)部署了外業(yè)數(shù)據(jù)采集軟件的掌上電腦進(jìn)行參數(shù)配置和 網(wǎng)絡(luò)連接；進(jìn)行外業(yè)測(cè)量時(shí)，布設(shè)控制點(diǎn)，運(yùn)行在掌上電腦的外業(yè)軟件，通過(guò)GNSS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí) 接收GPS定位結(jié)果，并實(shí)時(shí)顯示在掌上電腦上，這些點(diǎn)自動(dòng)保存在外業(yè)軟件的GPSPoint點(diǎn) 圖層中，然后對(duì)其進(jìn)行屏幕取點(diǎn)，按照順序依次連接，構(gòu)成沙坑邊界線圖層，保存在PDA中； 選擇合適的控制點(diǎn)架設(shè)標(biāo)桿，標(biāo)桿上布設(shè)兩個(gè)標(biāo)識(shí)牌，即"一桿雙標(biāo)"，作為像片控制點(diǎn)；用 數(shù)碼相機(jī)對(duì)沙石坑以及標(biāo)識(shí)牌進(jìn)行拍照；外業(yè)工作結(jié)束后，將照片與外業(yè)采集數(shù)據(jù)上傳至 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；基于GPSPoint點(diǎn)圖層，利用單張像片解算像片信息，然后通過(guò)立體相對(duì)結(jié)算得到沙石坑內(nèi)部點(diǎn)的三維坐標(biāo)；構(gòu)建沙石坑的三角網(wǎng)模型，對(duì)三角網(wǎng)模型進(jìn)行計(jì)算， 得到沙石坑深度和土方量。 如圖2，本發(fā)明的外業(yè)數(shù)據(jù)采集流程為 首先布設(shè)控制點(diǎn)，運(yùn)行在掌上電腦的外業(yè)軟件，通過(guò)GNSS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收GPS定位 結(jié)果，并實(shí)時(shí)顯示在掌上電腦上，這些點(diǎn)自動(dòng)保存在外業(yè)軟件的GPSPoint點(diǎn)圖層中，然后 對(duì)其進(jìn)行屏幕取點(diǎn)，按照順序依次連接，構(gòu)成沙坑邊界線圖層，保存在PDA中；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè) 量，運(yùn)行在掌上電腦的外業(yè)軟件即可獲得沙坑的GPSPoint點(diǎn)圖層和沙坑邊界線圖層；選擇 合適的控制點(diǎn)架設(shè)標(biāo)桿，標(biāo)桿上布設(shè)兩個(gè)標(biāo)識(shí)牌，作為像片控制點(diǎn)；用數(shù)碼相機(jī)對(duì)沙石坑以 及標(biāo)識(shí)牌進(jìn)行拍照；重復(fù)上述步驟，直至外業(yè)工作結(jié)束。在實(shí)際測(cè)試時(shí)，布設(shè)了 13個(gè)控制 點(diǎn)，運(yùn)行在掌上電腦的外業(yè)軟件通過(guò)GNSS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收到這13個(gè)控制點(diǎn)的定位結(jié)果，獲得 其三維坐標(biāo)；選擇i號(hào)點(diǎn)，2號(hào)點(diǎn)，3號(hào)點(diǎn)，4號(hào)點(diǎn)，5號(hào)點(diǎn)，7號(hào)點(diǎn)，10號(hào)點(diǎn)，12號(hào)點(diǎn)和13號(hào)點(diǎn) 作為標(biāo)識(shí)點(diǎn)(像片控制點(diǎn))，在這些點(diǎn)上架設(shè)雙標(biāo)志桿；從遠(yuǎn)處不同的角度對(duì)其進(jìn)行拍照， 拍攝像對(duì)，該實(shí)驗(yàn)獲得了四對(duì)像對(duì)，第一對(duì)像對(duì)的每張照片都包含1號(hào)點(diǎn)、2號(hào)點(diǎn)、3號(hào)點(diǎn)和4 號(hào)點(diǎn)，第二對(duì)像對(duì)的每張照片包含3號(hào)點(diǎn)、4號(hào)點(diǎn)、5號(hào)點(diǎn)和7號(hào)點(diǎn)，第三對(duì)像對(duì)的每張照片 包含7號(hào)點(diǎn)、4號(hào)點(diǎn)、10號(hào)點(diǎn)和12號(hào)點(diǎn)，第四對(duì)像對(duì)的每張照片包含12號(hào)點(diǎn)、10號(hào)點(diǎn)、13號(hào) 點(diǎn)和4號(hào)點(diǎn)。 如圖3，本發(fā)明方法具體包括以下步驟 (1)影像圖導(dǎo)入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過(guò)訪問(wèn)地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，下載地圖數(shù)據(jù)，將該數(shù) 據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線導(dǎo)入外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的掌上電腦中，導(dǎo)航到沙石坑現(xiàn)場(chǎng)。 (2)采集沙石坑邊界控制點(diǎn)信息在沙石坑的邊界特征點(diǎn)上布設(shè)控制點(diǎn)，運(yùn)行在 掌上電腦的外業(yè)軟件通過(guò)GNSS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收GPS定位結(jié)果，并實(shí)時(shí)顯示在掌上電腦上，這 些點(diǎn)自動(dòng)保存在外業(yè)軟件的GPSPoint點(diǎn)圖層中，然后對(duì)其進(jìn)行屏幕取點(diǎn)，按照順序依次連 接，構(gòu)成沙坑邊界線圖層，保存在PDA中，選擇合適的控制點(diǎn)架設(shè)標(biāo)桿，標(biāo)桿上布設(shè)雙標(biāo)識(shí) 牌，作為像片控制點(diǎn)。 (3)數(shù)碼相機(jī)實(shí)地拍照數(shù)碼相機(jī)從能反映沙石坑內(nèi)部地形的方向拍攝立體像 對(duì)，組成立體像對(duì)的攝影角度應(yīng)大于45。并小于135° 。沙石坑應(yīng)處于像片的中間位置，并 且每張像片內(nèi)至少包含三個(gè)雙標(biāo)志桿。隨著攝影方向的變化，標(biāo)牌應(yīng)能及時(shí)正面對(duì)準(zhǔn)攝影 方向，以提高標(biāo)牌成像效果。 (4)運(yùn)行在掌上電腦的外業(yè)軟件將所有的空間和屬性信息保存為sh即efile格式 文件，直至外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作結(jié)束。 (5)外業(yè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將外業(yè)采集生成的控制點(diǎn)圖層以及數(shù)碼相 機(jī)拍照的數(shù)碼相片通過(guò)數(shù)據(jù)線導(dǎo)入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 (6)單張像片解算相片信息基于GPSPoint點(diǎn)圖層，利用像片控制點(diǎn)的在相片上 的二維平面坐標(biāo)以及外業(yè)采集的三維空間坐標(biāo)，利用攝影測(cè)量理論，計(jì)算數(shù)碼像片的內(nèi)方 位元素、相片的外方位元素和畸變系數(shù)。其中，外方位元素包括攝影位置參數(shù)^、Ys、Zs和攝 影姿態(tài)參數(shù)P、 " 、 k ，內(nèi)方位元素包括影物鏡焦距f和像片像主點(diǎn)的圖像坐標(biāo)x。、 y。(在該 算法中二者均為0)，像片像主點(diǎn)為物鏡中心在像片上的垂足點(diǎn)。物鏡畸變系數(shù)為、。
(7)立體像對(duì)解算沙石坑內(nèi)部點(diǎn)坐標(biāo)信息根據(jù)沙石坑內(nèi)部的一些特征點(diǎn)，利用 立體像對(duì)的前方交會(huì)原理，計(jì)算這些特征點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，這些特征點(diǎn)保存在沙坑內(nèi)部點(diǎn)圖層中，與外業(yè)獲得的沙坑邊界線圖層共同組成構(gòu)建三角網(wǎng)模型的數(shù)據(jù)。
(8) 土方量計(jì)算根據(jù)外業(yè)采集數(shù)據(jù)和內(nèi)業(yè)處理的數(shù)據(jù)，利用沙石坑邊界點(diǎn)構(gòu)建 第一期不規(guī)則三角網(wǎng)模型TIN,在第一期TIN下插入沙石坑內(nèi)部點(diǎn)，建立第二期TIN,兩期 TIN相減，從而求得沙石坑土方量，并且可得到沙石坑的深度。
權(quán)利要求
一種基于數(shù)字圖像技術(shù)的沙石坑土方量測(cè)量方法，其特征是設(shè)有(1)用于全球衛(wèi)星定位的GNSS網(wǎng)絡(luò)；(2)外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)為Windows Mobile 5.0及以上版本且安裝有外業(yè)數(shù)據(jù)采集軟件的掌上電腦、數(shù)碼相機(jī)、GPS/RTK設(shè)備；(3)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)有內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟硬件，包括.NET Framework2.0且安裝有內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)；首先進(jìn)行外業(yè)測(cè)量，根據(jù)沙石坑地形，在沙石坑邊緣布設(shè)控制點(diǎn)，運(yùn)行在掌上電腦的外業(yè)軟件，通過(guò)GNSS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收GPS定位結(jié)果，實(shí)時(shí)顯示在掌上電腦上并保存在外業(yè)軟件的GPSPoint點(diǎn)圖層中，然后對(duì)GPSPoint點(diǎn)圖層進(jìn)行屏幕取點(diǎn)，將所布設(shè)的控制點(diǎn)按照順序依次連接，構(gòu)成沙坑邊界線圖層，保存在PDA中；選擇控制點(diǎn)，把這些控制點(diǎn)作為像片控制點(diǎn)，在這些像片控制點(diǎn)上架設(shè)雙標(biāo)志桿，用數(shù)碼相機(jī)對(duì)沙石坑內(nèi)陷區(qū)以及雙標(biāo)志桿進(jìn)行拍照，將像片與外業(yè)采集數(shù)據(jù)上傳至內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，根據(jù)GPSPoint點(diǎn)圖層和像片，解算單張像片信息，然后通過(guò)立體像對(duì)解算得到沙石坑內(nèi)部點(diǎn)的三維坐標(biāo)，利用沙石坑邊界線圖層文件建立三角網(wǎng)模型，對(duì)三角網(wǎng)模型進(jìn)行計(jì)算，得到沙石坑深度和土方量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于數(shù)字圖像技術(shù)的沙石坑土方量測(cè)算方法，其特征是按以下 步驟(1) 影像圖導(dǎo)入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過(guò)訪問(wèn)地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，下載地圖數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線導(dǎo)入外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的掌上電腦中，導(dǎo)航到沙石坑現(xiàn)場(chǎng)；(2) 采集沙石坑邊界控制點(diǎn)信息在沙石坑的邊界特征點(diǎn)處布設(shè)控制點(diǎn)，運(yùn)行在掌上電腦的外業(yè)軟件通過(guò)GNSS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收GPS定位結(jié)果，并實(shí)時(shí)顯示在掌上電腦上，這些點(diǎn) 自動(dòng)保存在外業(yè)軟件的GPSPoint點(diǎn)圖層中，然后對(duì)GPSPoint點(diǎn)圖層進(jìn)行屏幕取點(diǎn)，按照順 序依次連接，構(gòu)成沙坑邊界線圖層，保存在PDA中；選擇控制點(diǎn)作為像片控制點(diǎn)，這些像片 控制點(diǎn)應(yīng)確保構(gòu)成四個(gè)照片像對(duì)，通過(guò)這四個(gè)照片像對(duì)獲得沙石坑內(nèi)陷區(qū)的內(nèi)部點(diǎn)，在像 片控制點(diǎn)架設(shè)雙標(biāo)志桿，即在一個(gè)像片控制點(diǎn)的標(biāo)桿上布設(shè)兩個(gè)測(cè)量標(biāo)志；(3) 數(shù)碼相機(jī)實(shí)地拍照數(shù)碼相機(jī)從能反映沙石坑內(nèi)部地形的方向拍攝立體像對(duì)，組 成立體像對(duì)的攝影角度應(yīng)大于45。并小于135° ，沙石坑應(yīng)處于像片的中間位置，并且每 張像片內(nèi)至少包含三個(gè)雙標(biāo)志桿，隨著攝影方向的變化，標(biāo)牌應(yīng)能及時(shí)正面對(duì)準(zhǔn)攝影方向， 以提高標(biāo)牌成像效果；(4) 運(yùn)行在掌上電腦的外業(yè)軟件將所有的空間和屬性信息保存為sh即efile格式文 件，直至外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作結(jié)束；(5) 外業(yè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將外業(yè)采集生成的控制點(diǎn)圖層以及數(shù)碼相機(jī)拍 照的數(shù)碼相片通過(guò)數(shù)據(jù)線導(dǎo)入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；(6) 單張像片解算相片信息基于GPSPoint點(diǎn)圖層，利用像片控制點(diǎn)的在相片上的二 維平面坐標(biāo)以及外業(yè)采集的三維空間坐標(biāo)，利用攝影測(cè)量理論，計(jì)算數(shù)碼像片的內(nèi)方位元 素、相片的外方位元素和畸變系數(shù)，其中，外方位元素包括攝影位置參數(shù)Xs、 Ys、 Zs和攝影姿 態(tài)參數(shù)P、 " 、 k ，內(nèi)方位元素包括影物鏡焦距f和像片像主點(diǎn)的圖像坐標(biāo)x。、 y。， x。、 y。均為 O，像片像主點(diǎn)為物鏡中心在像片上的垂足點(diǎn)，物鏡畸變系數(shù)為、；(7) 立體像對(duì)解算沙石坑內(nèi)部點(diǎn)坐標(biāo)信息根據(jù)在沙石坑內(nèi)部任取的特征點(diǎn)，利用立 體像對(duì)的前方交會(huì)原理，計(jì)算這些特征點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)，這些特征點(diǎn)保存在沙坑內(nèi)部點(diǎn)圖層中，與外業(yè)獲得的沙坑邊界線圖層共同組成構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)模型的數(shù)據(jù)；(8) 土方量計(jì)算根據(jù)外業(yè)采集數(shù)據(jù)和內(nèi)業(yè)處理的數(shù)據(jù)，利用沙石坑邊界點(diǎn)構(gòu)建第一 期不規(guī)則三角網(wǎng)模型，在第一期不規(guī)則三角網(wǎng)模型下插入沙石坑內(nèi)部點(diǎn)，建立第二期不規(guī) 則三角網(wǎng)模型，兩期不規(guī)則三角網(wǎng)模型的值相減，從而求得沙石坑土方量，并且可得到沙石 坑的深度。
全文摘要
一種基于數(shù)字圖像技術(shù)的沙石坑土方量測(cè)量方法，運(yùn)用掌上電腦、GPS接收機(jī)和數(shù)碼相機(jī)，實(shí)現(xiàn)外業(yè)信息的數(shù)字化采集與記錄。在外業(yè)測(cè)量時(shí)，首先GPS接收機(jī)布設(shè)控制點(diǎn)，采集控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)；運(yùn)行在掌上電腦的軟件通過(guò)GNSS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收GPS定位結(jié)果，生成GPSPoint點(diǎn)圖層和沙坑邊界線圖層；選擇合適的控制點(diǎn)架設(shè)標(biāo)桿，標(biāo)桿上布設(shè)兩個(gè)標(biāo)識(shí)牌，作為像片控制點(diǎn)，用數(shù)碼相機(jī)對(duì)沙石坑以及標(biāo)桿進(jìn)行拍照；外業(yè)工作結(jié)束后，將照片與外業(yè)采集數(shù)據(jù)上傳至內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；基于控制點(diǎn)圖層，利用單張像片解算像片信息，然后通過(guò)立體相對(duì)結(jié)算得到沙石坑內(nèi)部點(diǎn)的三維坐標(biāo)；構(gòu)建沙石坑的三角網(wǎng)模型，對(duì)三角網(wǎng)模型進(jìn)行計(jì)算，得到沙石坑深度和土方量。
文檔編號(hào)G01C11/00GK101750015SQ20091026285
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者張玉珠, 沙月進(jìn), 王慶, 王慧青, 胡璇 申請(qǐng)人:東南大學(xué)