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(cè)量等良好特性,在現(xiàn)階段的形變監(jiān)測(cè)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(cè)點(diǎn)進(jìn)行形變監(jiān)測(cè)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(wú)法定位。從而無(wú)法完成監(jiān)測(cè)點(diǎn)的正常的形變監(jiān)測(cè)。若采用傳統(tǒng)的攝影測(cè)量技術(shù)雖然不需要GNSS仍然可以完成監(jiān)測(cè),但需要地面控制點(diǎn),無(wú)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(wú)人機(jī)協(xié)同與傾斜攝影測(cè)量的形變監(jiān)測(cè)方法,可以對(duì)衛(wèi)星信號(hào)受遮擋的且無(wú)地面控制的區(qū)域進(jìn)行快速自動(dòng)形變監(jiān)測(cè)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種無(wú)GNSS信號(hào)和無(wú)控制點(diǎn)下無(wú)人機(jī)協(xié)同視覺形變監(jiān)測(cè)方法,其特征在于,包括以下步驟:步驟1:在協(xié)同無(wú)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(cè)出標(biāo)靶A中心點(diǎn)與無(wú)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(cè)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(cè)點(diǎn)位置不會(huì)發(fā)生相對(duì)位移;步驟3:無(wú)人機(jī)A置于懸停狀態(tài),在作業(yè)時(shí)使用無(wú)人機(jī)A對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行拍攝,得到包含監(jiān)測(cè)點(diǎn)的立體像對(duì),獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)在圖像中的位置;步驟4:使用無(wú)人機(jī)B對(duì)無(wú)人機(jī)A進(jìn)行立體像對(duì)獲取,獲取無(wú)人機(jī)A的靶標(biāo)在圖像中的位置;步驟5:根據(jù)無(wú)人機(jī)B的位置與姿態(tài)信息、無(wú)人機(jī)B對(duì)無(wú)人A拍攝得到的立體像對(duì),求得無(wú)人機(jī)A的空間坐標(biāo);步驟6:根據(jù)解算得到的無(wú)人機(jī)A位置以及姿態(tài)信息,結(jié)合無(wú)人機(jī)A針對(duì)形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)獲取的立體像對(duì),解算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空間位置,最終完成監(jiān)測(cè)任務(wù)。作為優(yōu)選,步驟4中,無(wú)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(wú)人機(jī)A進(jìn)行連續(xù)拍攝,在拍攝時(shí)同時(shí)記錄無(wú)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(wú)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(cè)算法檢測(cè)出圓形的區(qū)域,并在圓形范圍內(nèi)采用Hough線段檢測(cè),若圓形區(qū)域內(nèi)檢測(cè)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(wú)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(wú)人機(jī)B對(duì)無(wú)人機(jī)A拍攝第i幅圖像時(shí),無(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)A靶標(biāo)在無(wú)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(wú)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(wú)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(jiǎn)寫成:AB=C,則無(wú)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(wú)人機(jī)A對(duì)監(jiān)測(cè)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(wú)人機(jī)A的靶標(biāo)在圖像中的位置方法后,可得到監(jiān)測(cè)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(cè)點(diǎn)的空間位置。作為優(yōu)選,對(duì)形變監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了多次拍攝,使用無(wú)控制點(diǎn)自檢校光束法平差方法,通過冗余觀測(cè)進(jìn)一步改善形變點(diǎn)的測(cè)量精度。作為優(yōu)選,將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)與歷史坐標(biāo)序列比較,得出監(jiān)測(cè)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(wú)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(cè)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(shuō)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(cè)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(shuō)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(cè)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(wú)人機(jī)協(xié)同定位進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量的方法。即,通過無(wú)遮擋區(qū)域的無(wú)人機(jī)協(xié)同解算出遮擋區(qū)域無(wú)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(cè)量裝置(IMU,InertialMeasurementUnit)獲得的相機(jī)姿態(tài),可以獲得傾斜攝影測(cè)量所需的外方位元素;最后通過攝影測(cè)量的技術(shù)定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo),從而實(shí)現(xiàn)形變監(jiān)測(cè)。請(qǐng)見圖1、圖2、圖3和圖4,本發(fā)明提供的一種無(wú)GNSS信號(hào)和無(wú)控制點(diǎn)下無(wú)人機(jī)協(xié)同視覺形變監(jiān)測(cè)方法,包括以下步驟:步驟1:在無(wú)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(wú)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(cè)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(cè)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(cè)位置不會(huì)發(fā)生相對(duì)位移。步驟3:作業(yè)無(wú)人機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量而無(wú)法有效接收GNSS定位信號(hào),此時(shí)將作業(yè)無(wú)人機(jī)A置于懸停狀態(tài),另一臺(tái)無(wú)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(wú)人機(jī)進(jìn)行連續(xù)拍攝(圖2)(若有多無(wú)人機(jī)協(xié)同,則可進(jìn)行編隊(duì)并同時(shí)對(duì)作業(yè)無(wú)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(cè)量精度,可采用多基線攝影測(cè)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(wú)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(wú)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(cè)算法檢測(cè)出圓形的區(qū)域,并在圓形范圍內(nèi)采用Hough線段檢測(cè),若圓形區(qū)域內(nèi)檢測(cè)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(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)B對(duì)無(wú)人機(jī)A拍攝第i幅圖像時(shí),無(wú)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(wú)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(shuō)明或者相機(jī)檢校獲得;求得無(wú)人機(jī)A靶標(biāo)在無(wú)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(wú)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(jiǎn)寫成:AB=C,則無(wú)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(wú)人機(jī)相機(jī)所在位置(外方位線元素)。步驟6:解算監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。通過上述步驟,得到了拍攝瞬間無(wú)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(cè)點(diǎn)與無(wú)人機(jī)的幾何關(guān)系,就可獲得監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)。使用多目視覺原理,監(jiān)測(cè)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(wú)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(cè)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(wú)人機(jī)B的輔助下已求得作業(yè)無(wú)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(wú)人機(jī)A的靶標(biāo)在圖像中的位置方法后,可得到監(jiān)測(cè)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(cè)點(diǎn)的空間位置,具體步驟如下:步驟6.3.1:根據(jù)監(jiān)測(cè)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(cè)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(wú)控制點(diǎn)自檢校光束法平差技術(shù),通過冗余觀測(cè)進(jìn)一步改善形變點(diǎn)的測(cè)量精度。步驟7:將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)與歷史坐標(biāo)序列比較,得出監(jiān)測(cè)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(cè)量協(xié)同定位)對(duì)本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明,不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只限于這些說(shuō)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(shuō)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(yè)1 2 3