專利名稱：地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于工程地質(zhì)技術領域。尤其涉及一種地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)。
背景技術：
在工程建設領域，現(xiàn)場地質(zhì)測繪編錄仍然沿襲著傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式，這種拉皮尺度量加目視估算的方式不僅工效低、精度低，技術落后，而且還存在勞動安全隱患，難以滿足現(xiàn)代化施工技術條件下地質(zhì)專業(yè)對現(xiàn)場快速反應的工程建設需求，已成為困擾廣大地質(zhì)技術人員的難題。既使以往有過基于近景攝影測量的各種地質(zhì)測繪編錄方案或設想，也從未根本解決編錄模式與量測精度等問題。
隨著信息化時代的來到，高新技術在工程建設中作用日趨廣泛。計算機圖形圖像處理技術、GIS技術、CAD技術和自動化測量設備為地質(zhì)數(shù)碼影像測繪編錄提供了技術支持和物質(zhì)基礎。目前，相關文獻介紹的攝影編錄方法大都基于如陸攝儀、近景攝影機等應用專門設備。但這種方式需要航空膠片或干板沖洗，需要專用設備如解析測圖儀進行量測；該方式與地質(zhì)專業(yè)知識的結合不夠緊密，不能有效地提取地質(zhì)要素進行描述和表達，因而實際上無法推廣與應用。此外，利用數(shù)碼相機進行地質(zhì)編錄的有關文獻，由于忽視了數(shù)字相機的構像畸變和內(nèi)外方位參數(shù)檢測至使技術成果無精度可言。其主要缺陷有1、現(xiàn)行的像片控制方法不能有效控制精度；
2、普通像片代替量測像片處理，使像片無法定向；3、對起伏影像無法進行糾正與鑲嵌；4、立體像缺乏定向依據(jù)，使立體模型無法空間定位。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種基于數(shù)碼相機可量測化改造、專用拍攝定位裝置設計、數(shù)碼相機成像、圖形圖像計算機處理和地質(zhì)編錄信息數(shù)據(jù)庫管理的地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)。以取代傳統(tǒng)的施工地質(zhì)編錄、地質(zhì)平面測繪和鉆孔巖芯素描等工作的手工作業(yè)模式，使地質(zhì)工程技術人員從繁重的野外作業(yè)中得以解脫，大大減輕其勞動強度、提高工作效率。
本實用新型的技術解決方案是，提供一種地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)由數(shù)碼相機1、帶支架的經(jīng)緯儀2或地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀5、數(shù)碼相機可量測化檢測裝置3和計算機4組成(參見圖1～2)。
所述數(shù)碼相機1可以選擇市面上任意款式，現(xiàn)場拍攝圖像的范圍與相機的場景視角密切相關。
所述帶支架的經(jīng)緯儀2由經(jīng)緯儀與支架構成，數(shù)碼相機安裝在支架上，以此滿足地下洞室圖像采樣時攝站點空間定位的需求。
所述地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀5是一個機械光學定位儀器，主要針對經(jīng)緯儀存在的一些不足，提供一種替換裝置，它能夠擴展相機型號的選擇范圍，大大簡化現(xiàn)場地質(zhì)圖像采集的操作過程，且支持各種型號的數(shù)碼相機配套使用。該地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀5如圖4～6所示，具有一基座503和位于基座503上方的相機座槽513，相機座槽513固定在基座503的L字形臺架508上，相機座槽513與臺架508臺面平行，相機座槽513一端與臺架508架壁固接，所述基座503底部還有一層底板501，底板501與基座503之間設有調(diào)節(jié)旋紐502，基座503與臺架508之間設有水平刻度盤504，臺架508的上底面橫臥狀設置有一水準管509，而臺架508之架壁外側則設有豎向刻度盤519，此外，上述相機座槽513上還設有由固定架510固定的望遠鏡511。
所述數(shù)碼相機可量測化檢測裝置3如圖4～6所示，具有一個箱形框架31，箱形框架31上有連桿32、橫梁33、加強桿35和橫桿36，其中橫桿36位于箱形框架31前框下方且與前框兩側框條相連，并使前框分為上框與下框，連桿32為二根，該二根連桿32交叉分別與上框?qū)窍噙B，橫梁33亦為二根，該二根橫梁33分別與箱形框架31的左右側框兩側框條相連，加強桿35位于箱形框架31后框，該加強桿35兩端分別與后框上下框條相連。箱形框架31上還具有支撐桿34，支撐桿34為二根，該二根支撐桿34各自一端分別與箱形框架31的左右側框上部框條相連。此外所述箱形框架31的框條上還分布有標有標號的標貼37。標貼37上可標有其所在位置的空間坐標值。
所述計算機4可選市面上任意一款IBM系列兼容機，CPU為PIII以上、內(nèi)存大于128M、硬盤大于2G，通過編制專用軟件完成圖像處理、成果圖生成和編錄信息管理等事務。
本系統(tǒng)在使用時分以下步驟1、數(shù)碼相機可量測化，其主要任務包括數(shù)碼相機的畸變差校檢、內(nèi)方位元素檢測和外方位元素的控制。所述數(shù)碼相機可量測化檢測方式如下(1)使用數(shù)碼相機在平坦的垂直面上構建一坐標網(wǎng)格，網(wǎng)格單元大小依數(shù)碼相機采用之焦距與景深調(diào)整；
①通過相機移位或定位拍攝圖像，然后將圖像傳輸?shù)接嬎銠C進行圖像分析、計算與確定畸變系數(shù)，進行相機畸變系數(shù)檢測；②將設有數(shù)碼相機的經(jīng)緯儀或地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀，通過相機移位或定位拍攝圖像，然后將所得圖像傳輸?shù)接嬎銠C進行圖像分析確定其外方位控制元素。
(2)使用數(shù)碼相機可量測化檢測裝置進行相機內(nèi)方位元素檢測。即在檢測裝置前方架設兩臺經(jīng)緯儀或全站儀，利用經(jīng)緯儀或全站儀觀測所有標貼代表的控制點，通過前方交會和三角高程法獲得各控制點的物方坐標，通過相機移位或定位拍攝圖像，然后將圖像傳輸?shù)接嬎銠C進行圖像分析確定其內(nèi)方位元素。
本實用新型使用時即由上述步驟(1)～(2)獲得相機畸變系數(shù)和內(nèi)、外方位元素，從而實現(xiàn)數(shù)碼相機的可數(shù)量化。
2.將經(jīng)量測化檢測過的數(shù)碼相機置于地面(包括邊坡、基坑、山地、河谷和鉆孔巖芯)拍攝場地，在單幅照片可拍攝的場景內(nèi)設置4個影像標志測量點，即采用物方控制模式手持相機拍攝或?qū)⑾鄼C安裝在三角架上進行定位拍攝獲取現(xiàn)場圖像，并且分設左、右攝站點，分別對同一目標拍攝成左、右兩張圖像，形成立體像對，便于準確提取地質(zhì)要素及結構面產(chǎn)狀量算和空間關系轉(zhuǎn)化。
3.將經(jīng)量測化檢測過的數(shù)碼相機安裝在經(jīng)緯儀或地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀上，將其置于地下洞室地質(zhì)編錄現(xiàn)場，依據(jù)地下洞室斷面曲線方程和分期、分層開挖方式選擇攝站點位置，攝站點連線可以是洞軸線，也可以是現(xiàn)場開挖的局部邊界或已成形的斷面中心連線，采用像方控制模式依次分別沿攝站點連線對每一個攝站點分幅拍攝條帶圖像。相鄰攝站點所拍圖像要求略有重疊。
4.將上述步驟2～3所采集的圖像傳入計算機，通過配套研制的專用軟件處理，生成符合相關規(guī)程規(guī)范要求的地質(zhì)編錄技術成果圖表。
本實用新型的有益效果是系統(tǒng)獨立完整、操作簡便、經(jīng)濟實用，其精度能滿足要求，大大地推動了高新技術在地質(zhì)專業(yè)中的應用，使地質(zhì)工程技術人員從繁重的野外地質(zhì)測繪編錄中得以解脫，減輕了勞動強度、提高了工作效率和成果質(zhì)量。


圖1為本實用新型一個具體實施例的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例2的結構示意圖；圖3為數(shù)碼相機可量測化檢測裝置的結構示意圖；圖4為地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀的結構示意圖；圖5為圖4所示地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀的左視圖。
圖6為圖4所示地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀的俯視圖。
以上圖1～6中的標示為1-數(shù)碼相機，2-帶支架的經(jīng)緯儀，3-數(shù)碼相機可量測化檢測裝置，31-箱形框架， 32-連桿，33-橫梁， 34-支撐桿，35-加強桿， 36-橫桿
37-標貼4-計算機，5-地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀。
501-底板，502、512-調(diào)節(jié)旋紐，503-基座，504、519-刻度盤，505、516-制動旋紐， 506、517-微調(diào)旋紐，507、520-讀數(shù)指示器， 508-臺板，509-水準管， 510-固定架，511-望遠鏡， 513-座槽，514、515-彈力螺絲， 518-換檔扳手，521-圓水準器 522-校正螺絲，523-墊片。
具體實施方式
實施例1，參見圖1，本例地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)由數(shù)碼相機1、帶支架的經(jīng)緯儀2、數(shù)碼相機可量測化檢測裝置3和計算機4組成。其中數(shù)碼相機1選擇日本佳能公司生產(chǎn)的PowerShot G2型數(shù)碼相機。帶支架的經(jīng)緯儀2由J2型經(jīng)緯儀與專用支架連接而成，支架采用南京112廠生產(chǎn)的鋁合金箱型無蓋式結構的數(shù)碼相機托盤式支架，用于地下洞室編錄時安裝數(shù)碼相機。
數(shù)碼相機可量測化檢測裝置3采用中國水電顧問集團中南勘測設計研究院圭臬新技術公司生產(chǎn)的SK-101型數(shù)碼相機可量測化檢測裝置。參見圖3，該裝置的箱形框架31取材鋁合金型材裁制成桿，桿長取值范圍1～4米，采用焊接工藝制作而成。該箱形框架31包括有連桿32、橫梁33、支撐桿34、加強桿35和橫桿36，其中橫桿36位于箱形框架31前框下方且與前框兩側框條相連，并使前框分為上框與下框。連桿32為二根，該二根連桿交叉分別與上框?qū)窍噙B，橫梁33亦為二根，該二根橫梁33分別與箱形框架31的左右側框兩側框條相連。支撐桿34亦為二根，該二根支撐桿34一端分別與箱形框架31的左右側框上部框條相連。加強桿35位于箱形框架31后框，該加強桿35兩端分別與后框上下框條相連。此外所述箱形框架31的框條上還分布有標有標號的不干膠標貼37。
計算機4選擇北京聯(lián)想公司生產(chǎn)的開天-4600型微機，操作系統(tǒng)為Windows XP；軟件支持平臺為MS-Office XP、MapInfo Professional 6.5、AutoCAD 2004；軟件開發(fā)平臺為Microsoft Visual Studio 2000。通過開發(fā)專用圖像處理、地質(zhì)編錄、數(shù)據(jù)庫管理和CAD成圖軟件，達到生成地質(zhì)專業(yè)所需技術成果圖表之目的。
實施例2，參見圖2，該例地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)由數(shù)碼相機1、地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀5、數(shù)碼相機可量測化檢測裝置3和計算機4組成。其中數(shù)碼相機1選擇日本尼康公司生產(chǎn)的Nikon D1X型數(shù)碼相機，配備NikonAF17-35型超廣角專業(yè)鏡頭。
實施例1使用的帶支架的經(jīng)緯儀2由地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀5替換。該地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀5是一個機械光學定位儀器，采用中國水電顧問集團中南勘測設計研究院圭臬新技術公司生產(chǎn)的DSY-201型地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀。該地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀5，是基于地下洞室地質(zhì)數(shù)碼影像編錄需要，從現(xiàn)場圖像采集的易用性、拍攝站點的快速定位、現(xiàn)場圖像的質(zhì)量精度以及拓寬數(shù)碼相機的可選范圍等多個角度考慮進行設計的。參照圖4～6，它的該實施例具有一用來支撐儀器上部分構件的鋁合金基座503和位于基座503上方的帶有調(diào)節(jié)旋紐512的相機座槽513，基座503呈三角形，基座503的上底面疊加式安裝臺架508，臺架508呈L字形，架面即臺架508的上底面橫臥狀設置一條式水準管509，架面與相機座槽513槽面平行，以保證相機拍攝仰角的讀數(shù)準確。相機座槽513一端與臺架508架壁壁面固接。上述相機座槽513上由固定架510固定一昆明時空科技有限公司生產(chǎn)的型號為QK-04的望遠鏡511及其換檔扳手518。該換檔扳手518安裝在臺架508架壁上，用于控制望遠鏡和相機在豎直方向上的轉(zhuǎn)動并按照固定的角值換檔。為適應洞室編錄的常規(guī)條帶拍攝，默認為每轉(zhuǎn)動30度為一擋。所述相機座槽513上設有彈力螺絲514、515，用于多方向固定相機，防止相機多方向發(fā)生位移或者旋轉(zhuǎn)，從而使得相機相對儀器處于靜止狀態(tài)。此外，相機座槽513槽腔內(nèi)還裝有墊片523，用來防止相機相對安置槽的的晃動和防止相機外殼磨損。當數(shù)碼相機裝載在該儀器上之后，通過望遠鏡瞄準、換檔扳手變換和微調(diào)旋紐調(diào)節(jié)，即可非常方便地進行目標瞄準和拍攝站點空間數(shù)字定位，從而達到設計目的。底板501位于基座503之下并與基座503平行，帶有便于與測量三角架的螺紋連接的螺孔，并對應基座503亦呈三角形。底板501與基座503之間設有分布在底板501和基座503對應的三個角上的可調(diào)節(jié)高度的調(diào)節(jié)旋紐502，使用調(diào)節(jié)旋紐502可調(diào)整儀器的水平度。基座503與臺架508之間設有帶水平制動旋紐505，水平微調(diào)旋紐506以及讀數(shù)指示器507的水平刻度盤504。該水平刻度盤504一側盤面上還設有一帶校正螺絲522的圓水準器521，用來指示儀器是否平整。使用水平刻度盤504可測量儀器在水平方向的旋轉(zhuǎn)角度，即水平角。上述水平制動旋紐505即用于控制儀器在水平方向的轉(zhuǎn)動。儀器可以在水平方向360°范圍轉(zhuǎn)動，所以相機可以以任何方位進行拍攝。制動螺旋旋緊后，儀器上部將不能在水平方向大幅度轉(zhuǎn)動。如在水平制動旋紐505旋緊后，轉(zhuǎn)動上述水平微調(diào)旋紐506，可使儀器在水平方向微動校準。豎向刻度盤519設于臺架508之壁面外側，用于測量望遠鏡在豎直方向的旋轉(zhuǎn)角度，即測量豎直角，從而確定數(shù)碼相機拍攝時的姿態(tài)俯仰角。豎向刻度盤519則帶有豎向制動旋紐516、豎向微調(diào)旋紐517以及讀數(shù)指示器520。所述豎向制動旋紐516用于控制望遠鏡511和相機座槽513在豎直方向的轉(zhuǎn)動。所述豎向微調(diào)旋紐517，是在豎向制動旋紐516旋緊后進行轉(zhuǎn)動，可使望遠鏡和相機座槽513在豎直方向輕微轉(zhuǎn)動，將相機拍攝時的俯仰角準確安置在指定的讀數(shù)上。這種編錄儀具有一基座和位于基座上方的相機座槽，基座L字形臺架架面與相機座槽槽面平行以保證相機拍攝仰角的讀數(shù)準確。上述相機座槽上固定安裝一由昆明時空科技有限公司生產(chǎn)的型號為QK-04的望遠鏡。該望遠鏡由換檔扳手控制。為適應洞室編錄的常規(guī)條帶拍攝，默認為每轉(zhuǎn)動30度為一擋。當數(shù)碼相機裝載在該儀器上之后，通過望遠鏡瞄準、換檔扳手變換和微調(diào)旋紐調(diào)節(jié)，即可非常方便地進行目標瞄準和拍攝站點空間數(shù)字定位，從而達到設計目的。
其它裝置同實施例1。
權利要求1.一種地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由數(shù)碼相機(1)、帶支架的經(jīng)緯儀(2)或地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀(5)、數(shù)碼相機可量測化檢測裝置(3)和計算機(4)組成，其中數(shù)碼相機可量測化檢測裝置(3)具有一個箱形框架(31)，箱形框架(31)上有連桿(32)、橫梁(33)、加強桿(35)和橫桿(36)，其中橫桿(36)位于箱形框架(31)前框下方且與前框兩側框條相連，并使前框分為上框與下框，連桿(32)為二根，該二根連桿(32)交叉分別與上框?qū)窍噙B，橫梁(33)亦為二根，該二根橫梁(33)分別與箱形框架(31)的左右側框兩側框條相連，加強桿(35)位于箱形框架(31)后框，該加強桿(35)兩端分別與后框上下框條相連，此外所述箱形框架(31)的框條上還分布有標有標號的標貼(37)。標貼(37)上可標有其所在位置的空間坐標值，而所述地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀(5)具有一基座(503)和位于基座(3)上方的相機座槽(513)，相機座槽(513)固定在基座(503)的L字形臺架(508)上，相機座槽(513)與臺架(508)臺面平行，相機座槽(513)一端與臺架(508)架壁固接，所述基座(503)底部還有一層底板(501)，底板(501)與基座(503)之間設有調(diào)節(jié)旋紐(502)，基座(503)與臺架(508)之間設有水平刻度盤(504)，臺架(508)的上底面橫臥狀設置有一水準管(509)，而臺架(508)之架壁外側則設有豎向刻度盤(519)，此外，上述相機座槽(513)上還設有由固定架(510)固定的望遠鏡(511)。
2.根據(jù)權利要求1所述的地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)碼相機可量測化檢測裝置(3)的箱形框架(31)上還具有支撐桿(34)，支撐桿(34)為二根，該二根支撐桿(34)各自一端分別與箱形框架(31)的左右側框上部框條相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)，其特征在于，所述地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀(5)的水平刻度盤(504)一側盤面上設有圓水準器(521)。
4.根據(jù)權利要求1所述的地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)，其特征在于，所述地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀(5)的相機座槽(513)上設有彈力螺絲(514、515)。
5.根據(jù)權利要求1所述的地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)，其特征在于，所述地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀(5)的相機座槽(513)槽腔內(nèi)裝有墊片(523)。
6.根據(jù)權利要求1所述的地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)，其特征在于，所述地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀(5)的臺架(508)架壁上安裝有換檔扳手(518)。
7.根據(jù)權利要求1所述的地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)，其特征在于，所述地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀(5)的水平刻度盤(504)上安裝有微調(diào)旋紐(506)。
8.根據(jù)權利要求1所述的地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)，其特征在于，所述地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀(5)的豎向刻度盤(519)上安裝有微調(diào)旋紐(517)。
專利摘要本實用新型涉及一種地質(zhì)數(shù)碼影像編錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)由數(shù)碼相機1、帶支架的經(jīng)緯儀2或地質(zhì)數(shù)碼攝影編錄儀5、數(shù)碼相機可量測化檢測裝置3和計算機4組成。系統(tǒng)獨立完整、操作簡便、經(jīng)濟實用，其精度能滿足要求，大大地推動了高新技術在地質(zhì)專業(yè)中的應用，使地質(zhì)工程技術人員從繁重的野外地質(zhì)測繪編錄中得以解脫，減輕了勞動強度、提高了工作效率和成果質(zhì)量。
文檔編號H04N5/232GK2836365SQ200520052270
公開日2006年11月8日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權日2005年10月28日
發(fā)明者李 浩, 劉新中, 張友靜, 夏宏良, 楊彪, 鄒文志 申請人:中國水電顧問集團中南勘測設計研究院, 河海大學