專利名稱：一種數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的方法及裝置。主要應(yīng)用于水利、水電、交通、礦山 等各類工程的高陡(巖質(zhì))邊坡、開挖基坑和地下洞室的地質(zhì)測(cè)繪(編錄)。
技術(shù)背景工程地質(zhì)測(cè)繪是指采用搜集資料、調(diào)査訪問、地質(zhì)測(cè)量、遙感解譯等方法，查明場(chǎng)地的 工程地質(zhì)要素，并繪制相應(yīng)的工程地質(zhì)圖件。工程地質(zhì)測(cè)繪(編錄)作為工程地質(zhì)工作中不 可缺少的一項(xiàng)極為重要的內(nèi)容，對(duì)消除地質(zhì)隱患，優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇合理的施工方法，指導(dǎo)工 程的安全營(yíng)運(yùn)和充分發(fā)揮工程的目標(biāo)效益，具有重要意義。傳統(tǒng)的地質(zhì)測(cè)繪(編錄)方法， 常常需要投入大量人力和耗費(fèi)大量時(shí)間，而且存在勞動(dòng)安全隱患，難以滿足特殊地形條件和 現(xiàn)代施工技術(shù)條件下地質(zhì)專業(yè)工作的需要。特別是近年來陸續(xù)開工的西部特大型水電工程逐 漸增多，現(xiàn)場(chǎng)工作面大，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工要求高，作業(yè)時(shí)間緊，需要地質(zhì)工程師能夠機(jī) 動(dòng)快速反應(yīng)，這對(duì)傳統(tǒng)的地質(zhì)測(cè)繪(編錄)方法提出了新的挑戰(zhàn)。所謂數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪，是以普通數(shù)碼相機(jī)作為傳感器，以普通三腳架上架設(shè)數(shù)碼相機(jī) 方位控制裝置作為遙感平臺(tái)，采用光學(xué)攝影方式在地面站點(diǎn)拍攝被探測(cè)目標(biāo)場(chǎng)地的圖像，經(jīng) 過微機(jī)處理后獲得工程場(chǎng)地的立體影像和地質(zhì)解譯數(shù)據(jù)。該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作迅速、 成果適用、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用到場(chǎng)地條件、施工條件和地質(zhì)測(cè)繪要求比較特殊 的工程中。目前，相關(guān)文獻(xiàn)介紹的數(shù)碼遙感方法在中小比例尺的地形測(cè)量和地質(zhì)測(cè)繪中應(yīng)用 較多，而在大比例尺的數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪(編錄)的應(yīng)用中還不完全成熟，存在的缺陷體現(xiàn) 在如下幾個(gè)方面1、 現(xiàn)行數(shù)碼攝影編錄方法操作過程比較復(fù)雜，需要專門的檢測(cè)裝置率定數(shù)碼相機(jī)參數(shù)；2、 利用數(shù)學(xué)模型對(duì)場(chǎng)地的立體像對(duì)進(jìn)行展示平面投影，成果僅能在二維平面上利用， 沒有真正得到場(chǎng)地的三維立體影像模型；3、 地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀獲取方法較原始，首先要通過測(cè)量交會(huì)的方法計(jì)算立體像對(duì)的工 程坐標(biāo)，然后利用結(jié)構(gòu)面上三個(gè)及三個(gè)以上點(diǎn)的工程坐標(biāo)計(jì)算結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀。這種方 法計(jì)算出的產(chǎn)狀，不僅代表性有限，而且誤差范圍難以驗(yàn)證；4、 不能表達(dá)場(chǎng)地表面的起伏特征，無法獲得地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的出露跡線；5、 場(chǎng)地空間地質(zhì)分析能力有限，不能滿足施工地質(zhì)工作更廣泛的需要。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于數(shù)碼攝影測(cè)量、 數(shù)字圖像處理、靜態(tài)三維影像建立與工程地質(zhì)分析等技術(shù)的數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的方法及裝 置，創(chuàng)新或改進(jìn)使用方法中的多項(xiàng)技術(shù)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)測(cè)繪(編錄)工作在外業(yè)時(shí)的機(jī)動(dòng)快 速反應(yīng)，在內(nèi)業(yè)中的微機(jī)全程處理和三維信息化，從而取代傳統(tǒng)的手工作業(yè)模式，提高工作 的質(zhì)量和效率。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的方法，其特征在于該方法包括以 下步驟-A) 拍攝模式優(yōu)選，根據(jù)高陡邊坡、開挖基坑和地下洞室三種場(chǎng)地條件選擇相對(duì)應(yīng)的基 本模式、擴(kuò)展模式和條帶模式三種拍攝模式中的一種；B) 數(shù)碼圖像拍攝，Bl)根據(jù)步驟A)選定的拍攝模式確定數(shù)碼遙感攝站點(diǎn)的個(gè)數(shù)和位置，B2)在確定的攝站點(diǎn)位置架設(shè)三腳架，將數(shù)碼相機(jī)固定在數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)上，并保持相機(jī)鏡頭中心大致處于該操作平臺(tái)水平及豎直兩個(gè)轉(zhuǎn)軸線的交點(diǎn)上，再將數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)固定在三腳架上，使數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)調(diào)整至大致水平，B3)在拍攝場(chǎng)地范圍內(nèi)標(biāo)記或找到不少于3個(gè)坐標(biāo)控制點(diǎn)，B4)在每個(gè)攝站點(diǎn)拍攝一幅或連續(xù)多幅圖像，同一個(gè)攝站點(diǎn)拍攝的多幅圖像之間重合部 分應(yīng)為單幅圖像的10%，相鄰攝站點(diǎn)分別拍攝的單幅圖像或多幅圖像經(jīng)計(jì)算機(jī)拼合處理后的 單幅圖像重合部分應(yīng)為60%，平行攝站點(diǎn)拍攝的圖像條帶之間重合部分應(yīng)為30%;C) 三維影像模型建立，將多個(gè)攝站點(diǎn)拍攝的圖像輸入計(jì)算機(jī)，建立具有實(shí)際空間方位 的三維影像模型；D) 空間屬性數(shù)據(jù)提取，基于三維影像模型采集地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的空間屬性數(shù)據(jù)E) 空間屬性數(shù)據(jù)利用，利用采集的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面空間屬性數(shù)據(jù)生成技術(shù)成果圖表。 本發(fā)明步驟A)中所述的基本模式適用于小型邊坡或開挖基坑，要求分設(shè)左右兩個(gè)攝站點(diǎn)，并在每個(gè)攝站點(diǎn)分別拍攝單張左圖像和右圖像，直接形成立體像對(duì)。本發(fā)明步驟A)中所述的擴(kuò)展模式適用于大型邊坡或開挖基坑，要求設(shè)置左右兩個(gè)攝站 點(diǎn)，根據(jù)場(chǎng)地情況在每個(gè)攝站點(diǎn)分別拍攝一組連續(xù)有部分重疊的圖像，左右攝站點(diǎn)分別拍攝 的一組圖像經(jīng)拼合剪裁處理形成兩個(gè)單幅圖像，從而間接形成立體像對(duì)。本發(fā)明步驟A)中所述的條帶模式適用于地下洞室或山地河谷，要求等間隔布置一排或 近平行的多排攝站點(diǎn)，每個(gè)攝站點(diǎn)拍攝一左一右兩幅圖像，左右圖像有部分重合，每一排攝 站點(diǎn)拍攝一個(gè)圖像條帶，條帶與條帶之間也有部分重疊，左右相鄰的兩個(gè)攝站點(diǎn)拍攝的圖像 形成一個(gè)立體相對(duì)，全部攝站點(diǎn)拍攝的圖像形成多個(gè)立體像對(duì)。所述數(shù)碼遙感攝站點(diǎn)至拍攝對(duì)像之間的距離控制在5-250m之間，站站之間與物站之間 距離的比值范圍為l: 2-1: 10。用于一次建立三維影像模型的所有圖像必須使用固定拍攝焦距的同一數(shù)碼相機(jī)。 本發(fā)明還涉及一種數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)由數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼相機(jī)操 作平臺(tái)、三腳架和計(jì)算機(jī)組成，數(shù)碼相機(jī)裝在可分檔水平旋轉(zhuǎn)及垂直俯仰設(shè)定角度的數(shù)碼相 機(jī)操作平臺(tái)上，并保持相機(jī)鏡頭中心大致處于該操作平臺(tái)水平及豎直兩個(gè)轉(zhuǎn)軸線的交點(diǎn)上， 數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)固定在三腳架上，計(jì)算機(jī)用于處理數(shù)碼相機(jī)拍攝的圖像。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明以普通的數(shù)碼相機(jī)作為遙感器，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作迅速、 成果適用、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用到場(chǎng)地條件、施工條件和地質(zhì)測(cè)繪要求比特殊的 工程中，尤其適合應(yīng)用于大比例尺的數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪(編錄)中，以其優(yōu)異的快速機(jī)動(dòng)性， 極大地減少了人力和時(shí)間的耗費(fèi)，同時(shí)消除了勞動(dòng)安全隱患。


圖l是本發(fā)明的流程框圖。圖2是本發(fā)明所使用設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1基本模式的拍攝示意圖。 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2擴(kuò)展模式的拍攝示意圖。 圖5是本發(fā)明實(shí)施例3條帶模式的拍攝示意圖。 圖6是條帶模式下拍攝地下洞室的示意圖。 圖7是本實(shí)施例中數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)的立體圖。 圖8是本實(shí)施例中數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)的左視圖。 圖9是本實(shí)施例中數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)的主視圖。 圖IO是本實(shí)施例中數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)的俯視圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l,如圖l-3所示，本例的操作方法包括以下步驟A) 本例的拍攝模式選擇基本模式，適用于小型邊坡或開挖基坑，拍攝范圍較小，單幅 照片即可以呈現(xiàn)拍攝對(duì)象。B) 數(shù)碼圖像拍攝，Bl)根據(jù)步驟A)選定的基本拍攝模式確定數(shù)碼遙感攝站點(diǎn)5為兩個(gè)， 一左一右并排布 置(如圖3所示)，攝站點(diǎn)布置原則是，根據(jù)拍攝目標(biāo)場(chǎng)地范圍的大小和攝站點(diǎn)與坡面的距 離，控制拍攝距離范圍為5-250m，本例的距離是50m，站站之間與物站之間距離的比值范圍 為l: 2-1: 10，所有圖像使用固定拍攝焦距的同一數(shù)碼相機(jī)l，B2)在確定的攝站點(diǎn)位置架設(shè)三腳架3，三腳架可以采用一般測(cè)量專用的木制或金屬制 三腳架，本例數(shù)碼相機(jī)1選擇日本佳能公司的Canon EOS-5D型數(shù)碼相機(jī)，將數(shù)碼相機(jī)1固 定在數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2上，該操作平臺(tái)是專門為所選數(shù)碼相機(jī)配套設(shè)計(jì)的專用儀器(將在 本文的后面作詳細(xì)描述)，固定時(shí)保持相機(jī)鏡頭中心大致處于該操作平臺(tái)水平及豎直兩個(gè)轉(zhuǎn) 軸線的交點(diǎn)上，再將數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2固定在三腳架3上，并使數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2調(diào)整 至大致水平，為后面的拍攝作好準(zhǔn)備，B3)在拍攝目標(biāo)場(chǎng)地范圍內(nèi)標(biāo)記或找到3個(gè)坐標(biāo)控制點(diǎn)6，所謂找到是指特征點(diǎn)坐標(biāo)己 知，如施工放樣點(diǎn)、勘探孔洞口等，B4)在一左一右兩個(gè)攝站點(diǎn)分別拍攝單張圖像，左圖像和右圖像重合約60%,直接形成 立體像對(duì)(基本模式一個(gè)站點(diǎn)只拍攝一張照片，兩個(gè)站點(diǎn)分別拍攝的一左一右兩張圖像要求 重合60%)。C) 三維影像模型建立，將多個(gè)攝站點(diǎn)拍攝的圖像輸入計(jì)算機(jī)4 (本例計(jì)算機(jī)選用Dell Precision T7400型工作站；操作系統(tǒng)采用Windows 2000或者Windows XP,軟件支持平臺(tái)有 O伍ce 2003、 AutoCAD 2004、澳大利亞ADAM公司的3DM系列軟件，以及自主研發(fā)的水電 工程三維地質(zhì)系統(tǒng)GeoEngine ; CPU需要500MHz PentiumIII或AMD Athlon及以上，內(nèi)存 不小于512M，硬盤大于2G)，建立具有實(shí)際空間方位的三維影像模型。在此步驟中將拍攝 的圖像傳入計(jì)算機(jī)4，通過專用軟件對(duì)拍攝圖像進(jìn)行系列處理，從而獲得場(chǎng)地三維影像模型， 具體操作過程為1)圖像編排，將同一攝站點(diǎn)拍攝的圖像編排到一起；2)立體像對(duì)點(diǎn)搜索， 依據(jù)場(chǎng)地同一區(qū)塊拍攝的左右兩幅圖像搜索對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)，方式可以是自動(dòng)搜索，也可以是 人工搜索；3)控制點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)定，將實(shí)際場(chǎng)地預(yù)布置的控制點(diǎn)反映到若干圖像上的對(duì)應(yīng)像素 點(diǎn)找出，然后給其設(shè)定大地坐標(biāo)或工程坐標(biāo)；4)數(shù)碼相機(jī)畸變參數(shù)反算，根據(jù)單幅圖像的 尺寸、數(shù)碼相機(jī)感光片尺寸、拍攝設(shè)定焦距和圖像上搜索的立體像對(duì)點(diǎn)相對(duì)位置自動(dòng)反算數(shù) 碼相機(jī)的2個(gè)或5個(gè)畸變參數(shù)；5)數(shù)字圖像處理，圖像處理包括圖像增強(qiáng)、圖像糾正、圖 像拼接和圖像裁剪，采用基本模式拍攝的圖像不需要進(jìn)行圖像拼接和圖像剪裁處理；6)立 體像對(duì)點(diǎn)和攝站點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算，根據(jù)相鄰攝站點(diǎn)所拍攝圖像上的像對(duì)點(diǎn)位置和數(shù)碼相機(jī)的畸變 參數(shù)計(jì)算像對(duì)點(diǎn)和攝站點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)，再根據(jù)確定的控制點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算各像對(duì)點(diǎn)和攝站點(diǎn)的絕 對(duì)坐標(biāo)；7)三維曲面網(wǎng)格剖分，根據(jù)已計(jì)算出絕對(duì)坐標(biāo)的離散像對(duì)點(diǎn)，經(jīng)過插值后建立不 規(guī)則三角形網(wǎng)格(TIN)表面；8)立體圖像投影，按照攝站點(diǎn)到目標(biāo)像點(diǎn)方向投影圖像到不 規(guī)則三角形網(wǎng)格表面，得到三維影像模型。D) 空間屬性數(shù)據(jù)提取，基于三維影像模型采集地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的空間屬性數(shù)據(jù)。此步驟的 操作順序是首先，結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)分析要求給地質(zhì)結(jié)構(gòu)面分類，定義地質(zhì)結(jié)構(gòu)面類型的幾何表現(xiàn)形式，包括顏色、線寬、線型；然后，利用三維影像模型識(shí)別地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的出露跡線， 選擇當(dāng)前地質(zhì)結(jié)構(gòu)面類型，確定屬性編號(hào)，用空間平面或三維線條進(jìn)行手工描繪，獲得地質(zhì) 結(jié)構(gòu)面出露跡線的空間位置數(shù)據(jù)；最后，根據(jù)采集的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的三維線條概化出整體產(chǎn)狀 數(shù)據(jù)，補(bǔ)充描述能夠觀察到的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面特征數(shù)據(jù)。E)空間屬性數(shù)據(jù)利用，利用采集的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面空間屬性數(shù)據(jù)生成技術(shù)成果圖表。此步驟 是將步驟D)基于邊坡或開挖基坑的三維影像模型提取的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面空間屬性數(shù)據(jù)導(dǎo)入專業(yè) 分析軟件，通過一系列人機(jī)對(duì)話進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、圖形編輯、格式整理等操作，按照有關(guān)規(guī)范 生成正式的成果圖表和地質(zhì)模型，主要包括二維平面、二維剖面(斷面)圖、二維等值線(等 高線、等深線、等厚線)分析圖、場(chǎng)地三維地質(zhì)模型、結(jié)構(gòu)面屬性列表、產(chǎn)狀分布等密圖、 產(chǎn)狀分布玫瑰花圖、結(jié)構(gòu)面組合塊體模型和塊體極射赤平投影圖。其中，平面圖是將空間屬 性數(shù)據(jù)直接投影繪制到水平面上，再經(jīng)過簡(jiǎn)單編輯得到。步驟C)、 D)、 E)中使用的專業(yè)軟件均是本領(lǐng)域中已經(jīng)成熟的軟件，本文不再展開描述。 實(shí)施例2，如圖l、圖2、圖4所示，本例的操作方法包括以下步驟A) 本例的拍攝模式選擇擴(kuò)展模式，適用于大型邊坡或開挖基坑， 一般是因?yàn)榕臄z場(chǎng)地 的大小超過單幅照片拍攝的視角范圍而采用。B) 數(shù)碼圖像拍攝，Bl)根據(jù)步驟A)選擇的擴(kuò)展拍攝模式確定數(shù)碼遙感攝站點(diǎn)5為兩個(gè)，并排布置(如圖 4所示)，攝站點(diǎn)位置的確定遵循的原則是，根據(jù)拍攝對(duì)象范圍的大小和攝站點(diǎn)與坡面的距離， 控制拍攝距離范圍為5-250m，本例的距離是100m，站站之間與物站之間距離的比值范圍為1: 2-1: 10，所有圖像使用固定拍攝焦距的同一數(shù)碼相機(jī)l，B2)在確定的攝站點(diǎn)位置架設(shè)三腳架3，三腳架可以采用一般測(cè)量專用的木制或金屬制 三腳架，本例數(shù)碼相機(jī)1選擇日本佳能公司的Canon EOS-5D型數(shù)碼相機(jī)，將數(shù)碼相機(jī)1固 定在數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2上，該操作平臺(tái)是專門為所選數(shù)碼相機(jī)配套設(shè)計(jì)的專用儀器(將在 本文的后面作詳細(xì)描述)，固定時(shí)保持相機(jī)鏡頭中心大致處于該操作平臺(tái)水平及豎直兩個(gè)轉(zhuǎn) 軸線的交點(diǎn)上，再將數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2固定在三腳架3上，并使數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2調(diào)整 至大致水平，為后面的拍攝作好準(zhǔn)備，B3)在拍攝場(chǎng)地范圍內(nèi)標(biāo)記或找到3個(gè)坐標(biāo)控制點(diǎn)6，B4)在左右兩個(gè)攝站點(diǎn)分別拍攝一組連續(xù)有部分重合的圖像，同一個(gè)攝站點(diǎn)拍攝的圖像 之間重合部分應(yīng)為單幅圖像的10%，左右攝站點(diǎn)分別拍攝的一組圖像需經(jīng)計(jì)算機(jī)4拼合剪裁 處理，得到的左右兩幅圖像間接形成立體像對(duì)，且重合部分應(yīng)為單幅圖像的60%。C) 三維影像模型建立，將多個(gè)攝站點(diǎn)拍攝的圖像輸入計(jì)算機(jī)4 (與實(shí)施例l相同)，建立具有實(shí)際空間方位的三維影像模型。本步驟具體操作過程與實(shí)施例1基本相同，僅操作過 程5)數(shù)字圖像處理有區(qū)別采用擴(kuò)展拍攝模式在同一攝站點(diǎn)拍攝的一組圖像需要進(jìn)行圖像 拼接和圖像剪裁處理。本例步驟D)、 E)與實(shí)施例l相同，此處不再重復(fù)。實(shí)施例3，如圖l、圖2、圖5所示，本例的操作方法包括以下歩驟A) 本例適用于地下洞室或山地河谷，由于拍攝范圍狹長(zhǎng)，其拍攝模式選擇條帶模式。B) 數(shù)碼圖像拍攝，Bl)根據(jù)步驟A)選定的拍攝模式等間隔布置一排或近平行的多排攝站點(diǎn)，本例布置2 排(如圖5所示)，每排上設(shè)置多個(gè)攝站點(diǎn)5，所有圖像使用固定拍攝焦距的同一數(shù)碼相機(jī)l，B2)在確定的攝站點(diǎn)位置架設(shè)三腳架3，三腳架可以采用一般測(cè)量專用的木制或金屬制 三腳架，本例數(shù)碼相機(jī)1選擇日本佳能公司的Canon EOS-5D型數(shù)碼相機(jī)，將數(shù)碼相機(jī)1固 定在數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2上，該操作平臺(tái)是專門為所選數(shù)碼相機(jī)配套設(shè)計(jì)的專用儀器(將在 本文的后面作詳細(xì)描述)，固定時(shí)保持相機(jī)鏡頭中心大致處于該操作平臺(tái)水平及豎直兩個(gè)轉(zhuǎn) 軸線的交點(diǎn)上，再將數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2固定在三腳架3上，并使數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2調(diào)整 至大致水平，為后面的拍攝作好準(zhǔn)備，B3)在拍攝場(chǎng)地范圍內(nèi)標(biāo)記或找到3個(gè)坐標(biāo)控制點(diǎn)6，B4)每個(gè)攝站點(diǎn)拍攝左右兩幅圖像，同一個(gè)攝站點(diǎn)拍攝的兩幅圖像之間重合部分應(yīng)為單 幅圖像的10%，相鄰的左邊站點(diǎn)拍攝的右圖像與右邊站點(diǎn)拍攝的左圖像重合部分應(yīng)為60%， 每一排攝站點(diǎn)拍攝一個(gè)圖像條帶，相鄰兩排攝站點(diǎn)拍攝的圖像條帶之間重合部分應(yīng)為30%。本例步驟C)、 D)與實(shí)施例l相同，此處不再重復(fù)。E)空間屬性數(shù)據(jù)利用，利用采集的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面空間屬性數(shù)據(jù)生成技術(shù)成果圖表。此步驟 是將步驟D)基于邊坡、開挖基坑和洞室的三維影像模型提取的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面空間屬性數(shù)據(jù)導(dǎo) 入專業(yè)分析軟件，通過一系列人機(jī)對(duì)話進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、圖形編輯、格式整理等操作，按照有 關(guān)規(guī)范生成正式的成果圖表和地質(zhì)模型，除了實(shí)施例1中描述的全部成果圖表和地質(zhì)模型外， 對(duì)于洞室場(chǎng)地還包括洞室展示圖和洞室斷面圖，其中洞室展示圖是根據(jù)洞室三維參數(shù)將地質(zhì) 結(jié)構(gòu)面空間屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二維的平面數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制和編輯得到。圖6所示的是以條帶模式拍攝的地下洞室，攝站點(diǎn)5距左、右洞壁l~3m內(nèi)沿兩洞壁底 線布置，分別對(duì)洞室左右兩壁及頂拱進(jìn)行拍攝，形成多個(gè)左半洞和右半洞立體像對(duì)，且左半 洞和右半洞的圖像條帶在洞頂部位重合30%。拍攝過程中，圖像或條帶的重合范圍是通過數(shù) 碼相機(jī)操作平臺(tái)2的水平和垂直方向相對(duì)固定旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行控制的。在地下洞室中采用條帶 模式拍攝時(shí)，需要照明燈7提高圖像拍攝效果，如圖6所示。本發(fā)明中使用的數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2如圖7-10所示，它具有圓柱形底座2-2,其上通過 水平轉(zhuǎn)軸2-5固定U形支架2-6，底座2-2下方圓周上均勻制有一組卡扣2-l，可以牢固的與 放置在地面站點(diǎn)的三腳架固定連接。所述支架2-6兩端上部通過兩個(gè)同軸布置的垂直轉(zhuǎn)軸 2-12固定U形相機(jī)托盤2-8，整個(gè)相機(jī)托盤2-8內(nèi)嵌在支架2-6內(nèi)，支架2-6外側(cè)通過垂直轉(zhuǎn) 軸2-12固定彈力鋼片2-11,該彈力鋼片另一端連接垂直轉(zhuǎn)角控制觸頭2-10，利用彈力鋼片 2-11的彈力使該垂直轉(zhuǎn)角控制觸頭2-10穿過支架2-6上預(yù)留的小孔頂住相機(jī)托盤2-8，并與 相機(jī)托盤2-8上的弧形垂直轉(zhuǎn)角控制卡槽2-9相配合；所述底座2-2表面制有一圈圓形水平 轉(zhuǎn)角控制卡槽2-3，支架2-6底部對(duì)稱布置兩個(gè)與水平轉(zhuǎn)角控制卡槽2-3相配合的水平轉(zhuǎn)角控 制觸頭2-4;所述相機(jī)托盤2-8后側(cè)邊緣處的中心設(shè)有一顆穿透的相機(jī)固定螺絲2-7，用于固 定相機(jī)。所述相機(jī)托盤2-8上設(shè)有防滑軟墊，以增加相機(jī)與相機(jī)托盤2-8之間的摩擦力，防 止相機(jī)在相機(jī)托盤2-8上發(fā)生位移，影響拍攝結(jié)果。所述水平轉(zhuǎn)角控制卡槽2-3和垂直轉(zhuǎn)角控制卡槽2-9內(nèi)均勻設(shè)置一組凹陷觸點(diǎn)，分別與 水平轉(zhuǎn)角控制觸頭2-4和垂直轉(zhuǎn)角控制觸頭2-10相對(duì)應(yīng)，并且相鄰兩個(gè)凹陷觸點(diǎn)之間夾角的 大小可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況確定，利用凹陷觸點(diǎn)的間距來精確控制相機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度。在調(diào)整相 機(jī)水平方向上的拍攝角度時(shí)，支架2-6的旋轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)兩端底部的水平轉(zhuǎn)角控制觸頭2-4緊貼 底座2-2表面上的水平轉(zhuǎn)角控制卡槽2-3滑動(dòng)，當(dāng)水平轉(zhuǎn)角控制觸頭2-4滑到水平轉(zhuǎn)角控制 卡槽2-3內(nèi)的凹陷觸點(diǎn)時(shí)，因二者緊密接觸而使支架2-6被相對(duì)固定，此時(shí)若相機(jī)在水平方 向拍攝角度達(dá)到要求，則可繼續(xù)調(diào)整相機(jī)豎直方向上的拍攝角度；若此時(shí)仍未達(dá)到水平方向 的拍攝角度，則繼續(xù)旋轉(zhuǎn)支架，使其在水平方向上的拍攝角度達(dá)到要求。同理，在調(diào)整相機(jī) 水平方向上的拍攝角度時(shí)，相機(jī)托盤2-8轉(zhuǎn)動(dòng)必帶動(dòng)一側(cè)的垂直轉(zhuǎn)角控制卡槽2-9以垂直轉(zhuǎn) 軸2-12為中心旋轉(zhuǎn)，當(dāng)彈力鋼片2-11未固端的垂直轉(zhuǎn)角控制觸頭2-10遇到垂直轉(zhuǎn)角控制卡 槽2-9內(nèi)的凹陷觸點(diǎn)時(shí)，因二者緊密接觸而使相機(jī)托盤2-8被相對(duì)固定，若相機(jī)在豎直方向 拍攝角度達(dá)到要求，即可進(jìn)行拍攝；若此時(shí)仍未達(dá)到豎直方向的拍攝角度，則繼續(xù)旋轉(zhuǎn)相機(jī) 托盤2-8，使其在豎直方向上的拍攝角度達(dá)到要求。這種結(jié)構(gòu)較之現(xiàn)有技術(shù)中旋轉(zhuǎn)角度過于 自由的情況，能夠精確控制相機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度，使得拍攝的圖像之間有一定的重合范圍。所述水平轉(zhuǎn)軸2-5和兩個(gè)垂直轉(zhuǎn)軸2-12位于同一豎直平面上，水平轉(zhuǎn)軸2-5的中心延長(zhǎng) 線交于兩垂直轉(zhuǎn)軸2-12中心連線的中點(diǎn)，且裝配后數(shù)碼相機(jī)鏡頭中心與該交點(diǎn)基本重合。因 相機(jī)本身型號(hào)的不同導(dǎo)致相機(jī)鏡頭中心與兩垂直轉(zhuǎn)軸2-12中心連線的中點(diǎn)所存在的較小位 差可忽略。這種結(jié)構(gòu)保證了在水平方向和豎直方向上調(diào)整拍攝角度都不會(huì)改變相機(jī)鏡頭中心 的空間位置，從而保證了現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)拍攝圖像的有效性，提高了作業(yè)效率。根據(jù)被拍攝場(chǎng)地情況的不同，高陡(巖質(zhì))邊坡、開挖基坑、地下洞室一般地可以選擇的最適宜的鏡頭焦距為100mm、 50mm、 20mm，對(duì)應(yīng)的地質(zhì)測(cè)繪數(shù)碼遙感測(cè)控儀2也有三種 規(guī)格可選。除上述操作平臺(tái)外，如使用一般的云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)，相機(jī)鏡頭不能固定于一點(diǎn)，且拍攝左 右圖像的重疊范圍不能鎖定。當(dāng)拍攝遠(yuǎn)距離的目標(biāo)場(chǎng)地建立低精度的三維影像模型時(shí)，云臺(tái) 造成的鏡頭位移可以忽略，但是當(dāng)拍攝洞室近距離目標(biāo)場(chǎng)地時(shí)，難以保證拍攝的圖像能夠建 立三維影像模型。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A)拍攝模式優(yōu)選，根據(jù)高陡邊坡、開挖基坑和地下洞室三種場(chǎng)地條件選擇相對(duì)應(yīng)的基本模式、擴(kuò)展模式和條帶模式三種拍攝模式中的一種；B)數(shù)碼圖像拍攝，B1)根據(jù)步驟A)選定的拍攝模式確定數(shù)碼遙感攝站點(diǎn)5的個(gè)數(shù)和位置，B2)在確定的攝站點(diǎn)位置架設(shè)三腳架3，將數(shù)碼相機(jī)1固定在數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2上，并保持相機(jī)鏡頭中心大致處于該操作平臺(tái)水平及豎直兩個(gè)轉(zhuǎn)軸線的交點(diǎn)上，再將數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2固定在三腳架3上，使數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2調(diào)整至大致水平，B3)在拍攝場(chǎng)地范圍內(nèi)標(biāo)記或找到不少于3個(gè)坐標(biāo)控制點(diǎn)6，B4)在每個(gè)攝站點(diǎn)拍攝一幅或連續(xù)多幅圖像，同一個(gè)攝站點(diǎn)拍攝的多幅圖像之間重疊部分應(yīng)為單幅圖像的10％，相鄰攝站點(diǎn)分別拍攝的單幅圖像或多幅圖像經(jīng)計(jì)算機(jī)4拼合處理后的單幅圖像重疊部分應(yīng)為60％，平行攝站點(diǎn)拍攝的圖像條帶之間重疊部分應(yīng)為30％；C)三維影像模型建立，將多個(gè)攝站點(diǎn)拍攝的圖像輸入計(jì)算機(jī)4，建立具有實(shí)際空間方位的三維影像模型；D)空間屬性數(shù)據(jù)提取，基于三維影像模型采集地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的空間屬性數(shù)據(jù)；E)空間屬性數(shù)據(jù)利用，利用采集的地質(zhì)結(jié)構(gòu)面空間屬性數(shù)據(jù)生成技術(shù)成果圖表。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的方法，其特征在于步驟A)中所述的基本模式適用于小型邊坡或開挖基坑，要求分設(shè)左右兩個(gè)攝站點(diǎn)，并在每個(gè)攝站點(diǎn)分別拍攝 單張左圖像和右圖像，直接形成立體像對(duì)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的方法，其特征在于步驟A)中所述的擴(kuò)展模式適用于大型邊坡或開挖基坑，要求設(shè)置左右兩個(gè)攝站點(diǎn)，根據(jù)場(chǎng)地情況在每個(gè)攝站 點(diǎn)分別拍攝一組連續(xù)有部分重疊的圖像，左右攝站點(diǎn)分別拍攝的一組圖像經(jīng)拼合剪裁處理形 成兩個(gè)單幅圖像，從而間接形成立體像對(duì)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的方法，其特征在于步驟A)中所述的條帶模式適用于地下洞室或山地河谷，要求等間隔布置一排或近平行的多排攝站點(diǎn)，每個(gè)攝 站點(diǎn)拍攝一左一右兩幅圖像，左右圖像有部分重合，每一排攝站點(diǎn)拍攝一個(gè)圖像條帶，條帶 與條帶之間也有部分重疊，左右相鄰的兩個(gè)攝站點(diǎn)拍攝的圖像形成一個(gè)立體相對(duì)，全部攝站 點(diǎn)拍攝的圖像形成多個(gè)立體像對(duì)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的方法，其特征在于所述數(shù)碼遙感攝站 點(diǎn)5至拍攝對(duì)像之間的距離控制在5-250m之間，站站之間與物站之間距離的比值范圍為1: 2-1: 10。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的方法，其特征在于用于一次建立三維 影像模型的所有圖像必須使用固定拍攝焦距的同一數(shù)碼相機(jī)1。
7、 一種數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由數(shù)碼相機(jī)l、數(shù)碼相機(jī)操作平 臺(tái)2、三腳架3和計(jì)算機(jī)4組成，數(shù)碼相機(jī)1裝在可分檔水平旋轉(zhuǎn)及垂直俯仰設(shè)定角度的數(shù) 碼相機(jī)操作平臺(tái)2上，并保持相機(jī)鏡頭中心大致處于該操作平臺(tái)水平及豎直兩個(gè)轉(zhuǎn)軸線的交 點(diǎn)上，數(shù)碼相機(jī)操作平臺(tái)2固定在三腳架3上，計(jì)算機(jī)4用于處理數(shù)碼相機(jī)拍攝的圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的方法及裝置。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于數(shù)碼攝影測(cè)量、數(shù)字圖像處理、靜態(tài)三維影像建立與工程地質(zhì)分析等技術(shù)的數(shù)碼遙感地質(zhì)測(cè)繪的方法。解決該問題的技術(shù)方案是A)拍攝模式優(yōu)選，根據(jù)高陡邊坡、開挖基坑和地下洞室三種場(chǎng)地條件選擇相對(duì)應(yīng)的基本模式、擴(kuò)展模式和條帶模式三種拍攝模式中的一種；B)數(shù)碼圖像拍攝；C)三維影像模型建立；D)空間屬性數(shù)據(jù)提?。籈)空間屬性數(shù)據(jù)利用。本發(fā)明可用于水利、水電、交通、礦山等各類工程的高陡(巖質(zhì))邊坡、開挖基坑和地下洞室的地質(zhì)測(cè)繪(編錄)。
文檔編號(hào)G01C11/04GK101334278SQ20081006347
公開日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月5日
發(fā)明者單治鋼, 王國(guó)光, 賈海波 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院