Gnss立體攝像全功能測繪儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有野外實地幾何量測、大地坐標(biāo)定位、地形測繪和實景影像記錄功能的GNSS立體攝像全功能測繪儀，其技術(shù)屬于衛(wèi)星定位、工程測量和攝影測量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前能夠用于野外實地測繪的先進儀器有衛(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(實時動態(tài)測量)終端，能實時測量地面點的大地坐標(biāo)，但其缺點是必須把儀器置于每個待測目標(biāo)點上進行測量，方便性與效率均顯不足，因此一般僅用作控制點的測量；全站儀能在一個站點上觀測周圍可通視的碎部目標(biāo)點，量測其相對于測站點的距離及方向角，進而計算相對坐標(biāo)，但是，每個碎部目標(biāo)點都必須人工操作照準，野外工作時間長，效率嫌低；攝影經(jīng)瑋儀能通過地面攝影的方法，在野外攝像，到室內(nèi)進行立體量測碎部目標(biāo)，但是，儀器比較笨重，而且野外做控制點的工作量較大，靈活性與效率均顯不足；激光掃描儀雖然效率很高，但很難從點云中識別出需要量測的目標(biāo)點，在復(fù)雜街景(場景)測量中適用性不足。
[0003]目前已有文獻CN104655106A報道一種RTK全景影像自主定位定向測圖方法，這是一種非真正使用立體攝影測量方法的單相機裝置；它的每根測桿上僅安裝一個相機，單桿不能實現(xiàn)對目標(biāo)的立體量測；兩個站點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，因而無法達到子像素的量測精度；無法進行多相機影像光束法平差，實現(xiàn)高精度攝影測量。
[0004]鑒于目前的社會需求與技術(shù)水平，迫切需要一種能將上述各種儀器的優(yōu)點精化集成起來的既輕巧、又具全功能的設(shè)備，以適應(yīng)工程場地大量碎部點測量，工廠內(nèi)堆積物體積量算，城鎮(zhèn)街巷景觀測圖、環(huán)保或災(zāi)害場地局部地形測量等用途。

【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，同時實現(xiàn)大地定位，相對測量和野外攝像室內(nèi)成圖的功能。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種GNSS立體攝像全功能測繪儀，包括衛(wèi)星實時動態(tài)定位系統(tǒng)RTK、數(shù)碼相機和測桿，其特征在于，衛(wèi)星實時動態(tài)定位系統(tǒng)RTK、數(shù)碼相機間隔設(shè)置于測桿之上，衛(wèi)星實時動態(tài)定位系統(tǒng)RTK終端安置于測桿頂端，緊接其下安裝數(shù)碼相機，測桿中部設(shè)置一個圓水準氣泡，用于將測桿調(diào)整至鉛垂線狀態(tài)，所述數(shù)碼相機的數(shù)量為兩個以上，其主光軸保持平行。
[0008]進一步地，數(shù)碼相機的數(shù)量為兩個，其目的是實現(xiàn)立體像對成像。
[0009]進一步地，數(shù)碼相機的主光軸呈水平或向下傾斜一個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。
[0010]進一步地，兩個所述數(shù)碼相機的內(nèi)方位元素，畸變差及兩個所述數(shù)碼相機相對于鉛垂測標(biāo)標(biāo)準位置的外方位元素都經(jīng)檢校場精確檢校。其檢校的精度在很大程度上決定了儀器的量測精度。
[0011]進一步地，測桿按一般測量標(biāo)桿分段涂染兩種顏色，既便于識別，又兼作量測標(biāo)記。
[0012]進一步地，每根測桿的長度為2.0?2.2m。
[0013]本發(fā)明還提供了 GNSS立體攝像全功能測繪儀的使用方法，包括以下步驟:
[0014](1)安裝調(diào)試具有RTK、數(shù)碼相機和圓水準器的豎立式測桿，在工廠工藝水平標(biāo)準下，確保在測桿處于鉛垂?fàn)顟B(tài)時，相機主光軸呈水平狀態(tài)，基線呈鉛垂?fàn)顟B(tài)；
[0015](2)對RTK數(shù)碼立體相機進行檢校。首先在室內(nèi)檢校場測定每個數(shù)碼相機的內(nèi)方位元素的主距和主點像坐標(biāo)與畸變差參數(shù)，然后在室外檢校場測定上下數(shù)碼相機在測桿處于鉛垂?fàn)顟B(tài)時的外方位元素，及頂端RTK天線中心與上方數(shù)碼相機鏡頭中心在三維坐標(biāo)系中的距離矢量；
[0016](3)對需要施測的工程場景總體情況進行踏堪，制定施測方案，尤其注意根據(jù)地形或場景情況，布設(shè)雙桿對測模式或雙桿并測模式的站點布設(shè)方案；
[0017](4)進行野外實地測量，可以按上述步驟(3)的方法，靈活確定實施方案。
[0018](5)進行內(nèi)業(yè)資料整理、提交測繪成果。
[0019]其中，雙桿對測模式的構(gòu)思原理在于:一方面雙桿互為定向標(biāo)志點，解決大地定向問題；另一方面雙桿聯(lián)合作業(yè)，互相彌補對方桿下方和后方的“死角”盲區(qū)；使用雙桿對測模式進行測量時，測桿A、測桿B兩桿相向而立，其間距在5?20米間，左方的測桿A，以上方數(shù)碼相機鏡頭中心S為中心建立A桿像空間坐標(biāo)系，上方數(shù)碼相機的主光軸為Z軸，上方數(shù)碼相機上方與鉛垂線重合的方向為Y軸，按右手系規(guī)則像片橫軸平行的方向為X軸，如此建立的坐標(biāo)系與攝影測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，測桿A的一對相機經(jīng)檢校場標(biāo)定，下方數(shù)碼相機相對于上方數(shù)碼相機的6個相機外方位元素都可精確已知，因此實地測量時，在上下兩數(shù)碼相機立體像對范圍內(nèi)的所有碎部目標(biāo)點，都能通過前方交會的方法，求得其相對于上方數(shù)碼相機SfXYZ像空間坐標(biāo)系的坐標(biāo)；由于測桿頂端RTK天線中心與上方相機鏡頭中心的相對空間關(guān)系也已經(jīng)檢校場精確標(biāo)定，因此，可以根據(jù)測桿A、測桿B兩桿RTK的野外實測大地坐標(biāo)(UA，VA，ffA)、(UB，VB，ffB)及測桿B頂端標(biāo)志點在立體像對中所測到的像空間坐標(biāo)(XB，YB，ZB)，解算出測桿A像空間系(X，Y，Z)與RTK所測大地坐標(biāo)系(U，V，W)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，進而求得所測量的全部碎部目標(biāo)點的大地坐標(biāo)，測桿Β的立體像對量測及向大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的原理類同測桿Α，在必要的時候，還可以利用測桿Α、測桿Β兩桿測區(qū)交界處的公共點進行平差，然后調(diào)整測桿Α、測桿Β兩測區(qū)的大地坐標(biāo)成果，使其完全一致。
[0020]雙桿并測模式是利用測桿Α和測桿Β的數(shù)碼相機按60%以上重疊度構(gòu)建左右方向的立體像對，由于測桿A、測桿B桿間的距離可以很長，這可使“基高比”達到很大的數(shù)值，因而所述雙桿并測模式可大幅度提高遠距離目標(biāo)的量測精度。
[0021]雙桿并測模式的原理在于，測桿A、測桿B兩桿上的同位兩數(shù)碼相機所攝取的立體像對影像，可按一般攝影測量方法實現(xiàn)相對定向和立體量測及描繪，然后通過測桿A、測桿B桿上方的RTK分別量測兩桿位置的大地坐標(biāo)(UA，VA，ffA)和(UB，VB，ffB)，解求立體像對的6個大地定向元素，(即3各角元素河3各線元素)，即可按常規(guī)攝影測量方法，將全部碎部點A、B影像坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)；
[0022]必要的時候，可以仿攝影測量中光束法平差，對具有測桿Α上下數(shù)碼相機和測桿B上下數(shù)碼相機的共有目標(biāo)點影像進行光束法平差，以提高量測精度。
[0023]當(dāng)遇到受兩側(cè)高樓遮擋收不到衛(wèi)星定位信號的街巷或深入地下的隧道時，可以在兩端能收到GNSS信號處立桿進行RTK測量，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60%的影像，仿照航空攝影中構(gòu)建空中三角測量網(wǎng)的方法，構(gòu)建巷道或隧道攝影測量三角網(wǎng)，通過光束法平差，精確測定各碎部目標(biāo)點的坐標(biāo)。
[0024]本發(fā)明GNSS立體攝像全功能測繪儀結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)思巧妙，易操作使用。通過一臺RTK，一個水準器和一對立體數(shù)碼相機構(gòu)成一根測桿，兩根測桿聯(lián)合運行，可靈活實現(xiàn)下列三種功能:
[0025](1)野外實地幾何量測
[0026]可以不必接觸目標(biāo)點，而通過立體攝影測量的方法，量測地面大量目標(biāo)點相對于測站點的三維空間坐標(biāo)，從而進行距離、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繪
[0028]可以在上述立體攝影測量的基礎(chǔ)上，通過測桿頂端的RTK終端，將全部測量點位及圖形轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系，達到國家標(biāo)準地形測繪的要求。與傳統(tǒng)經(jīng)瑋儀加測距儀的光電式全站儀不同的是，這種GNSS立體攝像全功能測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))進行，大幅度提高工作效率。
[0029](3)場景影像記錄
[0030]有下列二種場景需要影像記錄:
[0031]a)重要的場面景象，例如交通事故現(xiàn)場，環(huán)境破壞現(xiàn)場，有意義的重要現(xiàn)場等，獲得需要有大地定位的、可量測的立體影像記錄；
[0032]b)比較復(fù)雜，來不及在野外條件下全部測繪的場景細節(jié)，必須用影像記錄下來，到室內(nèi)進一步量測，或者等到需要的時間再量測；
[0033]c)為了三維建模的目的，除利用此儀器量測建筑物輪廓點大地坐標(biāo)外，還需要攝取墻面紋理，用于三維景觀建模。
【附圖說明】
[0034]圖1是GNSS立體攝像全功能測繪儀的結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖。
[0035]圖2是GNSS立體攝像全功能測繪儀雙桿對測模式的原理圖。
[0036]圖3是GNSS立體攝像全功能測繪儀雙桿并測模式的原理圖。
【具體實施方式】
[0037]如圖1所示，GNSS立體攝像全功能測繪儀包括有衛(wèi)星實時動態(tài)定位系統(tǒng)RTK、數(shù)碼相機(Si，S2)和測桿，測桿頂端安置RTK終端，緊接其下安裝兩臺數(shù)碼相機，兩臺數(shù)碼相機間隔設(shè)置。兩臺數(shù)碼相機的主光軸保持平行將RTK終端與兩個數(shù)碼相機集成在一根鉛垂豎立的測桿上。這就使得立體數(shù)碼相機的基線呈鉛垂?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)點的地面高程相對應(yīng)，依據(jù)核線方向視差所確定的(即前方交會所確定的)視線距離即與目標(biāo)點離測桿的距離相對應(yīng)。如此巧妙設(shè)計，就滿足了野外實地實