一種應(yīng)用于rtk接收機(jī)的攝影測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及GPS測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及到一種應(yīng)用于RTK接收機(jī)的攝影測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)RTK (Real-Time Kinematic)是一種常用的基于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的GPS測(cè)量方 法。它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，可以實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度，它的出現(xiàn)為工程 放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量帶來(lái)了新技術(shù)手段，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。但是，傳統(tǒng) RTK測(cè)量無(wú)法很好的解決非接觸式測(cè)量，比如樹下、墻角等信號(hào)遮擋嚴(yán)重的地方測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于RTK接收機(jī)的攝影測(cè)量方法，包括如下步驟：
[0004] 進(jìn)行圖像測(cè)量：選擇第一觀測(cè)點(diǎn)，利用攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)區(qū)域拍攝相片，并默認(rèn)保存 RTK坐標(biāo)和姿態(tài)角；更換到第二觀測(cè)點(diǎn)，利用攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)所述目標(biāo)區(qū)域拍攝相片，并默認(rèn)保 存RTK坐標(biāo)和姿態(tài)角；
[0005] 進(jìn)行圖像采點(diǎn)：先在第一觀測(cè)點(diǎn)拍攝的相片選中一個(gè)特征坐標(biāo)，然后再在第二觀 測(cè)點(diǎn)拍攝的相片獲取相同特征點(diǎn)圖像坐標(biāo)；
[0006] 計(jì)算獲取坐標(biāo)，并分析距離、幾何形狀以及精度，提高定位可靠性。
[0007] 上述的攝影測(cè)量方法，其中，計(jì)算獲取坐標(biāo)的步驟包括：
[0008] 建立立體像對(duì)同名像點(diǎn)數(shù)學(xué)關(guān)系方程：
[0010] 其中
分別表示第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)攝影中心當(dāng)?shù)刈?標(biāo)系下的坐標(biāo)以及基線向量
分別表示目標(biāo)區(qū)域在第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn) 攝影中心為原點(diǎn)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系軸向一致的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，
分別表示目標(biāo)區(qū)域 在第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)上的像點(diǎn)坐標(biāo)，fi、f為焦距；
分表 表示第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)矩陣，ω、K分別代表攝影機(jī)方位角、俯仰角和滾動(dòng) 角；
[0011] 對(duì)公式1進(jìn)行線性化計(jì)算：
公式2 ;
[0013] 其中，F(xiàn)。= Bx · (Z1Y2-Y1Z2)-By · (Z1X2-X1Z2HBz · (Y1X2-X1Y2);
[0014] 進(jìn)行偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算：



[0033] 上述的攝影測(cè)量方法，其中，第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)之間的距離大于5米。
[0034] 本發(fā)明提供的攝影測(cè)量方法，優(yōu)點(diǎn)是獲取數(shù)據(jù)量信息量大，圖像上任意匹配點(diǎn)都 可計(jì)算坐標(biāo)，同時(shí)觀測(cè)瞬間被保存成圖像，可內(nèi)業(yè)采集核對(duì)。本發(fā)明可成功應(yīng)用于內(nèi)置了攝 像傳感器和傾斜傳感器的RTK測(cè)地型接收機(jī)，解決了非接觸式測(cè)量的問題；本發(fā)明采用了 GPU加速、ASIFT特征提取等技術(shù)來(lái)提高計(jì)算速度和特征提取匹配的準(zhǔn)確性；本發(fā)明同時(shí)可 用于無(wú)人機(jī)航拍圖像的拼接和量測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、外 形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例 繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0036] 圖1為本發(fā)明提供的一種應(yīng)用于RTK接收機(jī)的攝影測(cè)量方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然 而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以 實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn) 行描述。
[0038] 為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟以及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，以便 闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本 發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0039] 本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于RTK接收機(jī)的攝影測(cè)量方法，參照?qǐng)D1所示，包括如下步 驟：
[0040] 步驟SI :進(jìn)入圖像測(cè)量模式，選擇合適的第一觀測(cè)點(diǎn)架設(shè)攝像機(jī)，利用攝像機(jī)對(duì) 準(zhǔn)目標(biāo)區(qū)域拍攝相片，并默認(rèn)保存RTK坐標(biāo)和姿態(tài)角，目標(biāo)點(diǎn)距離第一觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)該可見且 無(wú)遮擋，并且距離不應(yīng)太遠(yuǎn)；之后更換到第二觀測(cè)點(diǎn)架設(shè)攝像機(jī)，利用攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)區(qū)域 拍攝相片，并默認(rèn)保存RTK坐標(biāo)和姿態(tài)角，目標(biāo)點(diǎn)距離第二觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)該可見且無(wú)遮擋。
[0041] 步驟S2 :進(jìn)行圖像采點(diǎn)：先在第一觀測(cè)點(diǎn)拍攝的相片選中一個(gè)特征坐標(biāo)，然后再 在第二觀測(cè)點(diǎn)拍攝的相片獲取相同特征點(diǎn)圖像坐標(biāo)；
[0042] 步驟S3 :計(jì)算獲取坐標(biāo)，同時(shí)分析距離、幾何形狀以及精度，提高定位的可靠性。
[0043] 本發(fā)明主要解算過(guò)程如下：
[0044] (1)建立立體像對(duì)同名像點(diǎn)數(shù)學(xué)關(guān)系方程：
，
[0046] 其中，
分別表示第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)攝影中心當(dāng) 地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)以及基線向量；
分別表示目標(biāo)區(qū)域（或稱物點(diǎn)）在 第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)攝影中心為原點(diǎn)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系軸向一致的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，
分別表示目標(biāo)區(qū)域在第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)上的像點(diǎn)坐標(biāo)，f\、f為焦距；
分表表不第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)矩陣，#'、. ω、κ分別代 表攝影機(jī)方位角、俯仰角和滾動(dòng)角；
[0047] 對(duì)公式1進(jìn)行線性化計(jì)算：
公式2 ;
[0049] 其中，F(xiàn)。= Bx · (Z1Y2-Y1Z2)-By · (Z1X2-X1Z2HBz · (Y1X2-X1Y2);
[0050] (2)進(jìn)行偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算：




[0070] 在本發(fā)明一可選的實(shí)施例中，第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)之間的距離大于5米。
[0071] 本發(fā)明的主要技術(shù)路線為：
[0072] 1、傳感器集成，除了獲取高精度RTK坐標(biāo)，同時(shí)獲取GPS接收機(jī)傾角、方位角以及 對(duì)目標(biāo)區(qū)域拍攝影像。
[0073] 2、實(shí)現(xiàn)影像預(yù)處理，包括相機(jī)姿態(tài)校正、相機(jī)圖像畸變校正、圖像勻光、圖像拼接、 圖像特征提取等。
[0074] 3、實(shí)現(xiàn)光束法區(qū)域網(wǎng)解算，算法設(shè)計(jì)具備一定的魯棒性，解決方位角過(guò)大的問題。
[0075] 4、圖像加密匹配，主要的技術(shù)難點(diǎn)就是影像匹配可靠性和數(shù)量。圖像特征點(diǎn)提取、 匹配，為了提高匹配效率，采用GPU加速算法。
[0076] 5、三維建模，根據(jù)圖像匹配的結(jié)果建立特征向量矩陣，通過(guò)網(wǎng)平差獲取攝像機(jī)內(nèi) 外參數(shù)。
[0077] 6、實(shí)景量測(cè)，手動(dòng)量測(cè)目標(biāo)點(diǎn)，通過(guò)批量采集外業(yè)數(shù)據(jù)后，在內(nèi)業(yè)實(shí)現(xiàn)RTK測(cè)量數(shù) 據(jù)或者GIS數(shù)據(jù)采集；自動(dòng)量測(cè)標(biāo)志點(diǎn)。
[0078] 由于本發(fā)明采用了上述算法，具有如下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：
[0079] 1、利用多線程和GPU加速處理圖像特征提取與特征匹配過(guò)程，使得本算法運(yùn)算速 度更快，實(shí)時(shí)性更高；
[0080] 2、利用傳感器輸出原始測(cè)量值和RTK坐標(biāo)，通過(guò)立體相對(duì)共線方程就可以直接在 圖像上進(jìn)行實(shí)景測(cè)量。
[0081] 3、利用不同測(cè)站的大量影像匹配點(diǎn)可以平差姿態(tài)和RTK坐標(biāo)值，提高定位精度。
[0082] 4、算法對(duì)圖像分辨率要求不高，利用RTK接收機(jī)內(nèi)置的傾斜傳感器得到的方位角 作為初始值，提高算法解算速度。
[0083] 同時(shí)在本發(fā)明中，不僅僅可以選取兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行量測(cè)，還可以選取兩個(gè)以上的 觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行量測(cè)，但是需要保證任意兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)之間的距離大于5米即可，具體的測(cè)量步 驟參照上文采用兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的測(cè)算步驟，在此不予贅述。
[0084] 以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí) 施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示 的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等 效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù) 本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明 技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種應(yīng)用于RTK接收機(jī)的攝影測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟： 進(jìn)行圖像測(cè)量：選擇第一觀測(cè)點(diǎn)，利用攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)區(qū)域拍攝相片，并默認(rèn)保存RTK坐標(biāo)和姿態(tài)角；更換到第二觀測(cè)點(diǎn)，利用攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)所述目標(biāo)區(qū)域拍攝相片，并默認(rèn)保存 RTK坐標(biāo)和姿態(tài)角； 進(jìn)行圖像采點(diǎn)：先在第一觀測(cè)點(diǎn)拍攝的相片選中一個(gè)特征坐標(biāo)，然后再在第二觀測(cè)點(diǎn) 拍攝的相片獲取相同特征點(diǎn)圖像坐標(biāo)； 計(jì)算獲取坐標(biāo)，并分析距離、幾何形狀以及精度，提高定位可靠性。2. 如權(quán)利要求1所述的攝影測(cè)量方法，其特征在于，計(jì)算獲取坐標(biāo)的步驟包括： 建立立體像對(duì)同名像點(diǎn)數(shù)學(xué)關(guān)系方程：分別表示第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)攝影中心當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系 下的坐標(biāo)以及基線向量分別表示目標(biāo)區(qū)域在第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)攝 影中心為原點(diǎn)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系軸向一致的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)：分別表示目標(biāo)區(qū)域 在第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)上的像點(diǎn)坐標(biāo)，f\、f為焦距；& = =心/I心/分表 表示第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)矩陣，ω、κ分別代表攝影機(jī)方位角、俯仰角和滾動(dòng) 角； 對(duì)公式1進(jìn)行線性化計(jì)算：其中，F(xiàn)〇=Bx· (ZiY2-YiZ2)-By· (Ζιχ2-χιΖ2)+Βζ· (YiX2-XiY2); 進(jìn)行偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算：3.如權(quán)利要求1所述的攝影測(cè)量方法，其特征在于，第一觀測(cè)點(diǎn)和第二觀測(cè)點(diǎn)之間的 距離大于5米。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于RTK接收機(jī)的攝影測(cè)量方法，包括如下步驟：進(jìn)行圖像測(cè)量：選擇第一觀測(cè)點(diǎn)，利用攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)區(qū)域拍攝相片，并默認(rèn)保存RTK坐標(biāo)和姿態(tài)角；更換到第二觀測(cè)點(diǎn)，利用攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)所述目標(biāo)區(qū)域拍攝相片，并默認(rèn)保存RTK坐標(biāo)和姿態(tài)角；進(jìn)行圖像采點(diǎn)：先在第一觀測(cè)點(diǎn)拍攝的相片選中一個(gè)特征坐標(biāo)，然后再在第二觀測(cè)點(diǎn)拍攝的相片獲取相同特征點(diǎn)圖像坐標(biāo)；計(jì)算獲取坐標(biāo)，并分析距離、幾何形狀以及精度，提高定位可靠性。本發(fā)明提供的攝影測(cè)量方法，優(yōu)點(diǎn)是獲取數(shù)據(jù)量信息量大，圖像上任意匹配點(diǎn)都可計(jì)算坐標(biāo)，同時(shí)觀測(cè)瞬間被保存成圖像，可內(nèi)業(yè)采集核對(duì)。
【IPC分類】G01C11/04
【公開號(hào)】CN105300362
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510778751
【發(fā)明人】李忠超, 劉若塵, 趙延平, 高曉寒
【申請(qǐng)人】上海華測(cè)導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月13日