Gnss立體攝像全功能測(cè)繪儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有野外實(shí)地幾何量測(cè)、大地坐標(biāo)定位、地形測(cè)繪和實(shí)景影像記錄功能的GNSS立體攝像全功能測(cè)繪儀，其技術(shù)屬于衛(wèi)星定位、工程測(cè)量和攝影測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前能夠用于野外實(shí)地測(cè)繪的先進(jìn)儀器有衛(wèi)星導(dǎo)航定位儀、全站儀、攝影經(jīng)瑋儀、激光掃描儀等。衛(wèi)星導(dǎo)航定位儀，尤其是其中的RTK(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量)終端，能實(shí)時(shí)測(cè)量地面點(diǎn)的大地坐標(biāo)，但其缺點(diǎn)是必須把儀器置于每個(gè)待測(cè)目標(biāo)點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量，方便性與效率均顯不足，因此一般僅用作控制點(diǎn)的測(cè)量；全站儀能在一個(gè)站點(diǎn)上觀測(cè)周圍可通視的碎部目標(biāo)點(diǎn)，量測(cè)其相對(duì)于測(cè)站點(diǎn)的距離及方向角，進(jìn)而計(jì)算相對(duì)坐標(biāo)，但是，每個(gè)碎部目標(biāo)點(diǎn)都必須人工操作照準(zhǔn)，野外工作時(shí)間長(zhǎng)，效率嫌低；攝影經(jīng)瑋儀能通過(guò)地面攝影的方法，在野外攝像，到室內(nèi)進(jìn)行立體量測(cè)碎部目標(biāo)，但是，儀器比較笨重，而且野外做控制點(diǎn)的工作量較大，靈活性與效率均顯不足；激光掃描儀雖然效率很高，但很難從點(diǎn)云中識(shí)別出需要量測(cè)的目標(biāo)點(diǎn)，在復(fù)雜街景(場(chǎng)景)測(cè)量中適用性不足。
[0003]目前已有文獻(xiàn)CN104655106A報(bào)道一種RTK全景影像自主定位定向測(cè)圖方法，這是一種非真正使用立體攝影測(cè)量方法的單相機(jī)裝置；它的每根測(cè)桿上僅安裝一個(gè)相機(jī)，單桿不能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的立體量測(cè)；兩個(gè)站點(diǎn)A、B的影像也不作立體匹配，而僅取天頂距和水平角作前方交會(huì)，因而無(wú)法達(dá)到子像素的量測(cè)精度；無(wú)法進(jìn)行多相機(jī)影像光束法平差，實(shí)現(xiàn)高精度攝影測(cè)量。
[0004]鑒于目前的社會(huì)需求與技術(shù)水平，迫切需要一種能將上述各種儀器的優(yōu)點(diǎn)精化集成起來(lái)的既輕巧、又具全功能的設(shè)備，以適應(yīng)工程場(chǎng)地大量碎部點(diǎn)測(cè)量，工廠內(nèi)堆積物體積量算，城鎮(zhèn)街巷景觀測(cè)圖、環(huán)保或?yàn)?zāi)害場(chǎng)地局部地形測(cè)量等用途。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，本發(fā)明提供一種GNSS立體攝像全功能測(cè)繪儀，其能克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，以輕便、易操作的方式，同時(shí)實(shí)現(xiàn)大地定位，相對(duì)測(cè)量和野外攝像室內(nèi)成圖的功能。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種GNSS立體攝像全功能測(cè)繪儀，包括衛(wèi)星實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)RTK、數(shù)碼相機(jī)和測(cè)桿，其特征在于，衛(wèi)星實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)RTK、數(shù)碼相機(jī)間隔設(shè)置于測(cè)桿之上，衛(wèi)星實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)RTK終端安置于測(cè)桿頂端，緊接其下安裝數(shù)碼相機(jī)，測(cè)桿中部設(shè)置一個(gè)圓水準(zhǔn)氣泡，用于將測(cè)桿調(diào)整至鉛垂線狀態(tài)，所述數(shù)碼相機(jī)的數(shù)量為兩個(gè)以上，其主光軸保持平行。
[0008]進(jìn)一步地，數(shù)碼相機(jī)的數(shù)量為兩個(gè)，其目的是實(shí)現(xiàn)立體像對(duì)成像。
[0009]進(jìn)一步地，數(shù)碼相機(jī)的主光軸呈水平或向下傾斜一個(gè)微小角度以便攝影近桿地面景觀，這樣可便于使用非寬角的相機(jī)。
[0010]進(jìn)一步地，兩個(gè)所述數(shù)碼相機(jī)的內(nèi)方位元素，畸變差及兩個(gè)所述數(shù)碼相機(jī)相對(duì)于鉛垂測(cè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)位置的外方位元素都經(jīng)檢校場(chǎng)精確檢校。其檢校的精度在很大程度上決定了儀器的量測(cè)精度。
[0011]進(jìn)一步地，測(cè)桿按一般測(cè)量標(biāo)桿分段涂染兩種顏色，既便于識(shí)別，又兼作量測(cè)標(biāo)記。
[0012]進(jìn)一步地，每根測(cè)桿的長(zhǎng)度為2.0?2.2m。
[0013]本發(fā)明還提供了 GNSS立體攝像全功能測(cè)繪儀的使用方法，包括以下步驟:
[0014](1)安裝調(diào)試具有RTK、數(shù)碼相機(jī)和圓水準(zhǔn)器的豎立式測(cè)桿，在工廠工藝水平標(biāo)準(zhǔn)下，確保在測(cè)桿處于鉛垂?fàn)顟B(tài)時(shí)，相機(jī)主光軸呈水平狀態(tài)，基線呈鉛垂?fàn)顟B(tài)；
[0015](2)對(duì)RTK數(shù)碼立體相機(jī)進(jìn)行檢校。首先在室內(nèi)檢校場(chǎng)測(cè)定每個(gè)數(shù)碼相機(jī)的內(nèi)方位元素的主距和主點(diǎn)像坐標(biāo)與畸變差參數(shù)，然后在室外檢校場(chǎng)測(cè)定上下數(shù)碼相機(jī)在測(cè)桿處于鉛垂?fàn)顟B(tài)時(shí)的外方位元素，及頂端RTK天線中心與上方數(shù)碼相機(jī)鏡頭中心在三維坐標(biāo)系中的距離矢量；
[0016](3)對(duì)需要施測(cè)的工程場(chǎng)景總體情況進(jìn)行踏堪，制定施測(cè)方案，尤其注意根據(jù)地形或場(chǎng)景情況，布設(shè)雙桿對(duì)測(cè)模式或雙桿并測(cè)模式的站點(diǎn)布設(shè)方案；
[0017](4)進(jìn)行野外實(shí)地測(cè)量，可以按上述步驟(3)的方法，靈活確定實(shí)施方案。
[0018](5)進(jìn)行內(nèi)業(yè)資料整理、提交測(cè)繪成果。
[0019]其中，雙桿對(duì)測(cè)模式的構(gòu)思原理在于:一方面雙桿互為定向標(biāo)志點(diǎn)，解決大地定向問(wèn)題；另一方面雙桿聯(lián)合作業(yè)，互相彌補(bǔ)對(duì)方桿下方和后方的“死角”盲區(qū)；使用雙桿對(duì)測(cè)模式進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)桿A、測(cè)桿B兩桿相向而立，其間距在5?20米間，左方的測(cè)桿A，以上方數(shù)碼相機(jī)鏡頭中心S為中心建立A桿像空間坐標(biāo)系，上方數(shù)碼相機(jī)的主光軸為Z軸，上方數(shù)碼相機(jī)上方與鉛垂線重合的方向?yàn)閅軸，按右手系規(guī)則像片橫軸平行的方向?yàn)閄軸，如此建立的坐標(biāo)系與攝影測(cè)量系中常用的像空間坐標(biāo)系規(guī)則一致，只是Z軸由鉛垂改為水平而已，測(cè)桿A的一對(duì)相機(jī)經(jīng)檢校場(chǎng)標(biāo)定，下方數(shù)碼相機(jī)相對(duì)于上方數(shù)碼相機(jī)的6個(gè)相機(jī)外方位元素都可精確已知，因此實(shí)地測(cè)量時(shí)，在上下兩數(shù)碼相機(jī)立體像對(duì)范圍內(nèi)的所有碎部目標(biāo)點(diǎn)，都能通過(guò)前方交會(huì)的方法，求得其相對(duì)于上方數(shù)碼相機(jī)SfXYZ像空間坐標(biāo)系的坐標(biāo)；由于測(cè)桿頂端RTK天線中心與上方相機(jī)鏡頭中心的相對(duì)空間關(guān)系也已經(jīng)檢校場(chǎng)精確標(biāo)定，因此，可以根據(jù)測(cè)桿A、測(cè)桿B兩桿RTK的野外實(shí)測(cè)大地坐標(biāo)(UA，VA，ffA)、(UB，VB，ffB)及測(cè)桿B頂端標(biāo)志點(diǎn)在立體像對(duì)中所測(cè)到的像空間坐標(biāo)(XB，YB，ZB)，解算出測(cè)桿A像空間系(X，Y，Z)與RTK所測(cè)大地坐標(biāo)系(U，V，W)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)而求得所測(cè)量的全部碎部目標(biāo)點(diǎn)的大地坐標(biāo)，測(cè)桿Β的立體像對(duì)量測(cè)及向大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的原理類同測(cè)桿Α，在必要的時(shí)候，還可以利用測(cè)桿Α、測(cè)桿Β兩桿測(cè)區(qū)交界處的公共點(diǎn)進(jìn)行平差，然后調(diào)整測(cè)桿Α、測(cè)桿Β兩測(cè)區(qū)的大地坐標(biāo)成果，使其完全一致。
[0020]雙桿并測(cè)模式是利用測(cè)桿Α和測(cè)桿Β的數(shù)碼相機(jī)按60%以上重疊度構(gòu)建左右方向的立體像對(duì)，由于測(cè)桿A、測(cè)桿B桿間的距離可以很長(zhǎng)，這可使“基高比”達(dá)到很大的數(shù)值，因而所述雙桿并測(cè)模式可大幅度提高遠(yuǎn)距離目標(biāo)的量測(cè)精度。
[0021]雙桿并測(cè)模式的原理在于，測(cè)桿A、測(cè)桿B兩桿上的同位兩數(shù)碼相機(jī)所攝取的立體像對(duì)影像，可按一般攝影測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)相對(duì)定向和立體量測(cè)及描繪，然后通過(guò)測(cè)桿A、測(cè)桿B桿上方的RTK分別量測(cè)兩桿位置的大地坐標(biāo)(UA，VA，ffA)和(UB，VB，ffB)，解求立體像對(duì)的6個(gè)大地定向元素，(即3各角元素河3各線元素)，即可按常規(guī)攝影測(cè)量方法，將全部碎部點(diǎn)A、B影像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)；
[0022]必要的時(shí)候，可以仿攝影測(cè)量中光束法平差，對(duì)具有測(cè)桿Α上下數(shù)碼相機(jī)和測(cè)桿B上下數(shù)碼相機(jī)的共有目標(biāo)點(diǎn)影像進(jìn)行光束法平差，以提高量測(cè)精度。
[0023]當(dāng)遇到受兩側(cè)高樓遮擋收不到衛(wèi)星定位信號(hào)的街巷或深入地下的隧道時(shí)，可以在兩端能收到GNSS信號(hào)處立桿進(jìn)行RTK測(cè)量，其中間路線段采取攝影全站儀導(dǎo)線模式；所述攝影全站儀導(dǎo)線模式的原理在于，在巷道或隧道路線上按一定間隔攝取具有重疊度超過(guò)60%的影像，仿照航空攝影中構(gòu)建空中三角測(cè)量網(wǎng)的方法，構(gòu)建巷道或隧道攝影測(cè)量三角網(wǎng)，通過(guò)光束法平差，精確測(cè)定各碎部目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0024]本發(fā)明GNSS立體攝像全功能測(cè)繪儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)思巧妙，易操作使用。通過(guò)一臺(tái)RTK，一個(gè)水準(zhǔn)器和一對(duì)立體數(shù)碼相機(jī)構(gòu)成一根測(cè)桿，兩根測(cè)桿聯(lián)合運(yùn)行，可靈活實(shí)現(xiàn)下列三種功能:
[0025](1)野外實(shí)地幾何量測(cè)
[0026]可以不必接觸目標(biāo)點(diǎn)，而通過(guò)立體攝影測(cè)量的方法，量測(cè)地面大量目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于測(cè)站點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，從而進(jìn)行距離、方位、曲率、體積的各種量算，及繪制局部形態(tài)圖等。
[0027](2)大地定位及地形景觀測(cè)繪
[0028]可以在上述立體攝影測(cè)量的基礎(chǔ)上，通過(guò)測(cè)桿頂端的RTK終端，將全部測(cè)量點(diǎn)位及圖形轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地形測(cè)繪的要求。與傳統(tǒng)經(jīng)瑋儀加測(cè)距儀的光電式全站儀不同的是，這種GNSS立體攝像全功能測(cè)繪儀可以極大減少野外工作，而將類似的工作轉(zhuǎn)移到室內(nèi)(或外業(yè)汽車內(nèi))進(jìn)行，大幅度提高工作效率。
[0029](3)場(chǎng)景影像記錄
[0030]有下列二種場(chǎng)景需要影像記錄:
[0031]a)重要的場(chǎng)面景象，例如交通事故現(xiàn)場(chǎng)，環(huán)境破壞現(xiàn)場(chǎng)，有意義的重要現(xiàn)場(chǎng)等，獲得需要有大地定位的、可量測(cè)的立體影像記錄；
[0032]b)比較復(fù)雜，來(lái)不及在野外條件下全部測(cè)繪的場(chǎng)景細(xì)節(jié)，必須用影像記錄下來(lái)，到室內(nèi)進(jìn)一步量測(cè)，或者等到需要的時(shí)間再量測(cè)；
[0033]c)為了三維建模的目的，除利用此儀器量測(cè)建筑物輪廓點(diǎn)大地坐標(biāo)外，還需要攝取墻面紋理，用于三維景觀建模。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是GNSS立體攝像全功能測(cè)繪儀的結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖。
[0035]圖2是GNSS立體攝像全功能測(cè)繪儀雙桿對(duì)測(cè)模式的原理圖。
[0036]圖3是GNSS立體攝像全功能測(cè)繪儀雙桿并測(cè)模式的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]如圖1所示，GNSS立體攝像全功能測(cè)繪儀包括有衛(wèi)星實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)RTK、數(shù)碼相機(jī)(Si，S2)和測(cè)桿，測(cè)桿頂端安置RTK終端，緊接其下安裝兩臺(tái)數(shù)碼相機(jī)，兩臺(tái)數(shù)碼相機(jī)間隔設(shè)置。兩臺(tái)數(shù)碼相機(jī)的主光軸保持平行將RTK終端與兩個(gè)數(shù)碼相機(jī)集成在一根鉛垂豎立的測(cè)桿上。這就使得立體數(shù)碼相機(jī)的基線呈鉛垂?fàn)顟B(tài)，經(jīng)檢校后的立體影像核線也呈鉛垂?fàn)顟B(tài)，沿核線的坐標(biāo)即與目標(biāo)點(diǎn)的地面高程相對(duì)應(yīng)，依據(jù)核線方向視差所確定的(即前方交會(huì)所確定的)視線距離即與目標(biāo)點(diǎn)離測(cè)桿的距離相對(duì)應(yīng)。如此巧妙設(shè)計(jì)，就滿足了野外實(shí)地實(shí)