GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem）全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位技術(shù)由于歷史悠久、自動(dòng)化采集、動(dòng)態(tài)測量等良好特性，在現(xiàn)階段的形變監(jiān)測中得到了最為廣泛的應(yīng)用。然而，對(duì)受遮擋區(qū)域的監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行形變監(jiān)測時(shí)，例如橋背以及橋墩內(nèi)側(cè)，由于衛(wèi)星信號(hào)被遮擋，導(dǎo)致定位系統(tǒng)難以準(zhǔn)確定位，或根本無法定位。從而無法完成監(jiān)測點(diǎn)的正常的形變監(jiān)測。若采用傳統(tǒng)的攝影測量技術(shù)雖然不需要GNSS仍然可以完成監(jiān)測，但需要地面控制點(diǎn)，無疑增大了勞動(dòng)成本，降低了自動(dòng)化效率。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述技術(shù)問題，因此，本發(fā)明提出了一種基于無人機(jī)協(xié)同與傾斜攝影測量的形變監(jiān)測方法，可以對(duì)衛(wèi)星信號(hào)受遮擋的且無地面控制的區(qū)域進(jìn)行快速自動(dòng)形變監(jiān)測。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種無GNSS信號(hào)和無控制點(diǎn)下無人機(jī)協(xié)同視覺形變監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：在協(xié)同無人機(jī)A上設(shè)置靶標(biāo)A作為識(shí)別的標(biāo)識(shí)點(diǎn)，并量測出標(biāo)靶A中心點(diǎn)與無人機(jī)A的機(jī)載相機(jī)攝影中心的坐標(biāo)平移向量相對(duì)幾何關(guān)系；步驟2：在形變監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置與步驟1同樣的靶標(biāo)B，并確保靶標(biāo)B與形變監(jiān)測點(diǎn)位置不會(huì)發(fā)生相對(duì)位移；步驟3：無人機(jī)A置于懸停狀態(tài)，在作業(yè)時(shí)使用無人機(jī)A對(duì)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行拍攝，得到包含監(jiān)測點(diǎn)的立體像對(duì)，獲取監(jiān)測點(diǎn)在圖像中的位置；步驟4：使用無人機(jī)B對(duì)無人機(jī)A進(jìn)行立體像對(duì)獲取，獲取無人機(jī)A的靶標(biāo)在圖像中的位置；步驟5：根據(jù)無人機(jī)B的位置與姿態(tài)信息、無人機(jī)B對(duì)無人A拍攝得到的立體像對(duì)，求得無人機(jī)A的空間坐標(biāo)；步驟6：根據(jù)解算得到的無人機(jī)A位置以及姿態(tài)信息，結(jié)合無人機(jī)A針對(duì)形變監(jiān)測點(diǎn)獲取的立體像對(duì)，解算出監(jiān)測點(diǎn)的空間位置，最終完成監(jiān)測任務(wù)。作為優(yōu)選，步驟4中，無人機(jī)B在可接收定位信號(hào)的區(qū)域以直線飛行軌跡對(duì)無人機(jī)A進(jìn)行連續(xù)拍攝，在拍攝時(shí)同時(shí)記錄無人機(jī)B的相機(jī)姿態(tài)以及位置，其中姿態(tài)由IMU獲得，位置由GNSS獲得。作為優(yōu)選，步驟4中所述獲取無人機(jī)A的靶標(biāo)在圖像中的位置，具體的識(shí)別過程為在圖像中使用Hough圓檢測算法檢測出圓形的區(qū)域，并在圓形范圍內(nèi)采用Hough線段檢測，若圓形區(qū)域內(nèi)檢測出存在兩條相交的線段，則確認(rèn)該區(qū)域?yàn)闃?biāo)志點(diǎn)，且交點(diǎn)為無人機(jī)A的靶標(biāo)中心在圖像中的位置。作為優(yōu)選，步驟5的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：步驟5.1：構(gòu)建像空間坐標(biāo)系和像空間輔助坐標(biāo)系；像空間坐標(biāo)系為以攝影中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，Z軸垂直于像平面的右手空間直角坐標(biāo)系；像空間輔助坐標(biāo)系為以原點(diǎn)為投影中心，X，Y，Z軸平行于地面攝影坐標(biāo)軸的空間右手直角坐標(biāo)系；步驟5.2：設(shè)步驟4中無人機(jī)B對(duì)無人機(jī)A拍攝第i幅圖像時(shí)，無人機(jī)B的相機(jī)在空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(Xi，Yi，Zi)，像空間坐標(biāo)系在空間輔助坐標(biāo)系中繞空間直角坐標(biāo)系自帶三個(gè)軸（X’，Y’，Z’）所旋轉(zhuǎn)的角度為ωi、ki，攝影中心坐標(biāo)為(Xsi,Ysi,Zsi)；無人機(jī)B在像空間坐標(biāo)系的位置為(xi－x0，yi－y0，-f)，其中f為攝影中心到成像中心的距離，x0、y0分別為像主點(diǎn)在像平面坐標(biāo)系中橫縱軸坐標(biāo)；求得無人機(jī)A靶標(biāo)在無人機(jī)B拍攝的立體像對(duì)中的位置后，將求解得到的人機(jī)A靶標(biāo)在輔助空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)加上平移向量便得到了最終的無人機(jī)A所在位置。作為優(yōu)選，步驟5.2中所述求解得到的無人機(jī)A靶標(biāo)在輔助空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，其具體實(shí)現(xiàn)過程是：以雙目視覺為例，根據(jù)共線方程可列出四個(gè)線性方程式：l11X+l12Y+l13Z-l1x=0l14X+l15Y+l16Z-l1y=0l21X+l22Y+l23Z-l2x=0l24X+l25Y+l26Z-l2y=0---(1)]]>其中：li1=fai1+(xi-x0)ai3,li2=fbi1+(xi-x0)ab3,li3=fci1+(xi-x0)ac3lix=fai1XSi+fbi1YSi+fci1Zis+(xi-x0)ai3XiS+(x-x0)b3YiS+(x-x0)c3ZiSli4=fai2+(yi-y0)a3,l5=fb2+(yi-y0)bi3,l6=fci2+(yi-y0)ci3liy=fai2XiS+fbi2YSi+fc2ZSi+(yi-y0)ai3Xsi+(yi-y0)b3YSi+(yi-y0)c3ZSi---(2)]]>式中i表示其為第i幅圖像中的參數(shù)；已知每幅圖像拍攝瞬間，IMU所記錄的旋轉(zhuǎn)角度為ω，ki,式2中的aij，bij可分別按下式求得；式1可寫為矩陣形式：l11l12l12l14l15l16l21l22l23l24l25l25XYZ=l1xl1yl2xl2y]]>若將式4簡寫成：AB=C，則無人機(jī)A靶標(biāo)在輔助空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)可由加權(quán)最小二乘方法解得，即：[XYZ]T=(ATPA)-1ATPC(5)其中P為權(quán)矩陣，采用選權(quán)迭代法之驗(yàn)后方差估計(jì)法改善平差精度。作為優(yōu)選，步驟6的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：步驟6.1：使用無人機(jī)A對(duì)監(jiān)測點(diǎn)位置的靶標(biāo)B進(jìn)行拍攝，拍攝過程中通過IMU模塊直接獲得拍攝瞬間的相機(jī)姿態(tài)(ω,k)；步驟6.2：通過步驟4中所述獲取無人機(jī)A的靶標(biāo)在圖像中的位置方法后，可得到監(jiān)測點(diǎn)在立體像對(duì)中的兩個(gè)坐標(biāo)(xa,ya),(xb,yb)；步驟6.3：利用步驟5的原理計(jì)算監(jiān)測點(diǎn)的空間位置。作為優(yōu)選，對(duì)形變監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行了多次拍攝，使用無控制點(diǎn)自檢校光束法平差方法，通過冗余觀測進(jìn)一步改善形變點(diǎn)的測量精度。作為優(yōu)選，將監(jiān)測點(diǎn)的空間坐標(biāo)與歷史坐標(biāo)序列比較，得出監(jiān)測點(diǎn)位置變化情況。相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：可以有效克服局部建筑遮擋造成無法接收定位信號(hào)從而不能有效定位的問題，而且與傳統(tǒng)的攝影測量相比，不僅采用傾斜攝影技術(shù)而且不需要地面控制點(diǎn)。附圖說明圖1：本發(fā)明實(shí)施例的標(biāo)靶示意圖；圖2：本發(fā)明實(shí)施例的監(jiān)測過程示意圖；圖3：本發(fā)明實(shí)施例的像空間坐標(biāo)系（x-y-z）與輔助空間坐標(biāo)系(n-v-u)示意圖；圖4：本發(fā)明實(shí)施例的定基線雙目視覺模塊示意圖。具體實(shí)施方式為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的目的在于提供一種局部區(qū)域監(jiān)測點(diǎn)定位信號(hào)受到遮蔽時(shí)，基于多臺(tái)（兩臺(tái)或大于兩臺(tái)）無人機(jī)協(xié)同定位進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)位置測量的方法。即，通過無遮擋區(qū)域的無人機(jī)協(xié)同解算出遮擋區(qū)域無人機(jī)機(jī)身的標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)；再通過檢校技術(shù)獲得的相對(duì)關(guān)系將機(jī)身的標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)載攝像機(jī)的坐標(biāo)；并結(jié)合慣性測量裝置（IMU，InertialMeasurementUnit）獲得的相機(jī)姿態(tài)，可以獲得傾斜攝影測量所需的外方位元素；最后通過攝影測量的技術(shù)定位監(jiān)測點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)形變監(jiān)測。請(qǐng)見圖1、圖2、圖3和圖4，本發(fā)明提供的一種無GNSS信號(hào)和無控制點(diǎn)下無人機(jī)協(xié)同視覺形變監(jiān)測方法，包括以下步驟：步驟1：在無人機(jī)A機(jī)身放置一個(gè)標(biāo)靶A（注：也可用聲波發(fā)射器替代靶標(biāo)，在輔助無人機(jī)上裝置聲波接收器）作為識(shí)別的標(biāo)識(shí)點(diǎn)，并量測出標(biāo)靶中心點(diǎn)與機(jī)載相機(jī)攝影中心的相對(duì)幾何關(guān)系。標(biāo)靶如圖1所示，標(biāo)靶圖像可由一個(gè)圓和兩條相交的線段組成。步驟2：在形變監(jiān)測點(diǎn)放置與步驟1同樣的靶標(biāo)B，并確保靶標(biāo)B與監(jiān)測位置不會(huì)發(fā)生相對(duì)位移。步驟3：作業(yè)無人機(jī)進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)位置測量而無法有效接收GNSS定位信號(hào)，此時(shí)將作業(yè)無人機(jī)A置于懸停狀態(tài)，另一臺(tái)無人機(jī)B協(xié)同在可接收定位信號(hào)的區(qū)域以直線飛行軌跡對(duì)作業(yè)無人機(jī)進(jìn)行連續(xù)拍攝（圖2）（若有多無人機(jī)協(xié)同，則可進(jìn)行編隊(duì)并同時(shí)對(duì)作業(yè)無人機(jī)進(jìn)行同步拍攝），在飛行過程中需要進(jìn)行至少兩次有效拍攝，為提升測量精度，可采用多基線攝影測量（多目視覺）技術(shù)，通過增大攝影基線，保證最大交會(huì)角在90°附近，在拍攝時(shí)同時(shí)記錄相機(jī)的姿態(tài)以及位置，其中姿態(tài)由IMU獲得，位置由GNSS獲得（輔助協(xié)同的無人機(jī)處于有信號(hào)位置）。步驟4：在拍攝的每一幅圖像中識(shí)別出無人機(jī)A機(jī)身標(biāo)靶的位置，具體的識(shí)別過程為：在圖像中使用Hough圓檢測算法檢測出圓形的區(qū)域，并在圓形范圍內(nèi)采用Hough線段檢測，若圓形區(qū)域內(nèi)檢測出存在兩條相交的線段，則確認(rèn)該區(qū)域?yàn)闃?biāo)志點(diǎn)，且交點(diǎn)為無人機(jī)A的靶標(biāo)中心在圖像中的位置。步驟5：解算作業(yè)無人機(jī)位置。步驟5.1：構(gòu)建像空間坐標(biāo)系和像空間輔助坐標(biāo)系；像空間坐標(biāo)系為以攝影中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，Z軸垂直于像平面的右手空間直角坐標(biāo)系；像空間輔助坐標(biāo)系為以原點(diǎn)為投影中心，X，Y，Z軸平行于地面攝影坐標(biāo)軸的空間右手直角坐標(biāo)系；步驟5.2：設(shè)步驟4中無人機(jī)B對(duì)無人機(jī)A拍攝第i幅圖像時(shí)，無人機(jī)B的相機(jī)在空間輔助坐標(biāo)系（圖3）中的坐標(biāo)為(Xi，Yi，Zi)，像空間坐標(biāo)系（圖3）在空間輔助坐標(biāo)系中繞空間直角坐標(biāo)系自帶三個(gè)軸（X’，Y’，Z’）所旋轉(zhuǎn)的角度為ωi、ki，攝影中心坐標(biāo)為(Xsi,Ysi,Zsi)；無人機(jī)B在像空間坐標(biāo)系的位置為(xi－x0，yi－y0，-f)，其中f為攝影中心到成像中心的距離，x0、y0分別為像主點(diǎn)在像平面坐標(biāo)系中橫縱軸坐標(biāo)，以上參數(shù)可以通過出廠說明或者相機(jī)檢校獲得；求得無人機(jī)A靶標(biāo)在無人機(jī)B拍攝的立體像對(duì)中的位置后，將求解得到的人機(jī)A靶標(biāo)在輔助空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)加上平移向量便得到了最終的無人機(jī)A所在位置。以雙目視覺為例（多目視覺多添加對(duì)應(yīng)方程即可），根據(jù)共線方程可列出四個(gè)線性方程式：l11X+l12Y+l13Z-l1x=0l14X+l15Y+l16Z-l1y=0l21X+l22Y+l23Z-l2x=0l24X+l25Y+l26Z-l2y=0---(1)]]>其中：li1=fai1+(xi-x0)ai3,li2=fbi1+(xi-x0)ab3,li3=fci1+(xi-x0)ac3lix=fai1XSi+fbi1YSi+fci1Zis+(xi-x0)ai3XiS+(x-x0)b3YiS+(x-x0)c3ZiSli4=fai2+(yi-y0)a3,l5=fb2+(yi-y0)bi3,l6=fci2+(yi-y0)ci3liy=fai2XiS+fbi2YSi+fc2ZSi+(yi-y0)ai3Xsi+(yi-y0)b3YSi+(yi-y0)c3ZSi---(2)]]>式中i表示其為第i幅圖像中的參數(shù)。已知每幅圖像拍攝瞬間，IMU所記錄的旋轉(zhuǎn)角度為ωi，ki,式2中的aij，bij可分別按下式求得。式1可寫為矩陣形式：l11l12l12l14l15l16l21l22l23l24l25l25XYZ=l1xl1yl2xl2y]]>若將式4簡寫成：AB=C，則無人機(jī)A靶標(biāo)在輔助空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)可由加權(quán)最小二乘方法解得，即：[XYZ]T=(ATPA)-1ATPC(5)其中P為權(quán)矩陣，采用選權(quán)迭代法之驗(yàn)后方差估計(jì)法改善平差精度。由于知道靶標(biāo)與相機(jī)的平移向量，將求解得到的標(biāo)志點(diǎn)在輔助空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)加上平移向量便得到了最終的無人機(jī)相機(jī)所在位置（外方位線元素）。步驟6：解算監(jiān)測點(diǎn)的空間坐標(biāo)。通過上述步驟，得到了拍攝瞬間無人機(jī)機(jī)載相機(jī)攝影中心的三維空間坐標(biāo)，只要解算出待監(jiān)測點(diǎn)與無人機(jī)的幾何關(guān)系，就可獲得監(jiān)測點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)。使用多目視覺原理，監(jiān)測點(diǎn)的空間坐標(biāo)仍可根據(jù)立體相對(duì)的空間前方交會(huì)求得，具體解算方法如下：步驟6.1：使用無人機(jī)A攜帶的定基線雙目（或多目）視覺模塊（圖4）對(duì)監(jiān)測點(diǎn)位置的靶標(biāo)進(jìn)行拍攝，由于IMU模塊與兩個(gè)相機(jī)同軸，可以直接獲得拍攝瞬間的相機(jī)姿態(tài)(ω,k)。在無人機(jī)B的輔助下已求得作業(yè)無人機(jī)A的位置信息，即立體像對(duì)的內(nèi)外方位均已知。步驟6.2：通過步驟4中所述獲取無人機(jī)A的靶標(biāo)在圖像中的位置方法后，可得到監(jiān)測點(diǎn)在立體像對(duì)中的兩個(gè)坐標(biāo)(xa,ya),(xb,yb)。步驟6.3：計(jì)算監(jiān)測點(diǎn)的空間位置，具體步驟如下：步驟6.3.1：根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)在立體像對(duì)中的同名關(guān)系，可列出式(4)的矩陣等式。步驟6.3.2：由于立體像對(duì)各自的外方位元素與內(nèi)方位元素已知，可按式(2)與式(3)解算出系數(shù)矩陣A以及因變量矩陣C。最終通過式5的最小二乘解法求得監(jiān)測點(diǎn)空間坐標(biāo)。步驟6.4：若對(duì)形變點(diǎn)進(jìn)行了多次拍攝，還可以使用無控制點(diǎn)自檢校光束法平差技術(shù)，通過冗余觀測進(jìn)一步改善形變點(diǎn)的測量精度。步驟7：將監(jiān)測點(diǎn)的空間坐標(biāo)與歷史坐標(biāo)序列比較，得出監(jiān)測點(diǎn)位置變化情況。以上內(nèi)容是結(jié)合某一實(shí)施方案（雙目視覺測量協(xié)同定位）對(duì)本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只限于這些說明（例如，采用多目，聲波，激光等其它手段）。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由所附權(quán)利要求書限定的情況下，在細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種修改，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3