一种利用数字设备进行无纸化摄影测量的方法
技术领域
本发明涉及影像测量领域,特别涉及一种利用数字设备进行无纸化摄影测量的方法。
背景技术
目前像控点采集采用的是纸质照片的方式,为了节约打印成本和携带方便,外业像控所带出去的纸质照片,并且不是一个工程里面的所有影像,只是那些需要采集控制点坐标信息的影像,这种采用纸质照片的方式具有以下缺点:
(1)当遇到需要更换像控点位置的情况时,因为航飞拍摄的影像是有重叠区域的,而像控点就是设计在这些重叠区域中,并且还要保证像控点能够在具有这些重叠区域的所有影像上是清晰可见的,所以如果只带了部分影像,就没办法知道更换的位置在其他影像上是否清晰可见;
(2)如果遇到当前采集的像控点无法被量测的情况时,现场没办法更换量测位置;
(3)如果让外业带上所有的打印影像,是非常困难的,首先一个测区的影像少则500张,多则2000张,并且在作业现场,因人工查找太慢而去找那些有重叠区域的影像也不太现实;
(4)当采用纸质照片时,需要人工进行判断,存在人眼二次判定导致的精度以及双误差问题。因为当采用纸质照片时,数据也是用在纸质照片上标记采集位置,这样内业人员拿到纸质带标记的照片后,就需要在电脑上重新录入,由于存在过多的人工干预,并且是不同的人,所以必然存在分歧,难以保证精度且效率低下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用数字设备进行无纸化摄影测量的方法,解决了现有技术采用纸质照片难以进行准确的实时导航和点位预测,且效率低下的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种利用数字设备进行无纸化摄影测量的方法,包括以下步骤:
步骤1,获取待作业位置的原始影像数据集、所述原始影像数据集的外方位元素和数字正射影像,并将所述原始影像数据集、所述外方位元素和所述数字正射影像存储在数字设备中;
步骤2,在所述数字设备中,利用所述数字正射影像进行野外实时导航,通过手势在所述数字正射影像中选择布控点,并以图形化方法标记所述布控点的采集位置,生成所述布控点的坐标;
步骤3,根据所述外方位元素,在所述步骤2的布控点中选择最优布控点进行野外实时的点位预测;
步骤4,将所述最优布控点的坐标记录在所述数字设备的数据库中。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步的,所述步骤2具体为:
步骤20,在所述数字设备的数字正射影像中,选择三个控制点;
步骤21,获取所述三个控制点的经纬度坐标(B,L)和所述三个控制点在所述数字正射影像上的高斯平面直角坐标(X,Y);
步骤22,所述数字设备根据采集到的经纬度坐标(B,L)和高斯平面直角坐标(X,Y),建立六元一次方程组,计算所述经纬度坐标(B,L)和所述高斯平面直角坐标(X,Y)之间转换方程的参数,即a1,a2,b1,b2,c1和c2的数值,所述转换方程具体为:
X=a1*B+b1*L+c1*B*L
Y=a2*B+b2*L+c2*B*L;
其中,X、Y分别为高斯平面直角坐标,B、L分别为经纬度坐标;
步骤23,通过手势在所述数字正射影像中选择布控点,并通过所述数字设备的GPS模块获取所述布控点的经纬度坐标;根据步骤22建立的转换方程,将所述布控点的经纬度坐标转换为所述数字正射影像的高斯平面直角坐标,并在所述数字正射影像中以图形化方法进行标记。
进一步的,所述步骤2具体为:
步骤201,在所述数字设备的数字正射影像中,选择四个控制点;
步骤202,获取所述四个控制点的经纬度坐标(B,L)和所述四个控制点在所述数字正射影像上的高斯平面直角坐标(X,Y);
步骤203,所述数字设备根据采集到的经纬度坐标(B,L)和高斯平面直角坐标(X,Y),建立八元一次方程组,计算所述经纬度坐标(B,L)和所述高斯平面直角坐标(X,Y)之间转换方程的参数,即a1,a2,b1,b2,c1,c2,d1和d2,所述转换方程具体为:
X=a1*B+b1*L+c1*B*L+d1
Y=a2*B+b2*L+c2*B*L+d2;
其中,X、Y分别为高斯平面直角坐标,B、L分别为经纬度坐标;
步骤204,通过手势在所述数字正射影像中选择布控点,并通过所述数字设备的GPS模块获取所述布控点的经纬度坐标;根据步骤203建立的转换方程,将所述布控点的经纬度坐标转换为所述数字正射影像的高斯平面直角坐标,并在所述数字正射影像中以图形化方法进行标记。
进一步的,所述步骤2具体为:
步骤2011,在所述数字设备的数字正射影像中,选择大于四个控制点;
步骤2021,获取所述控制点的经纬度坐标(B,L)和所述控制点在所述数字正射影像上的高斯平面直角坐标(X,Y);
步骤2031,所述数字设备根据采集到的经纬度坐标(B,L)和高斯平面直角坐标(X,Y),建立n元一次方程组,所述n>8,计算所述经纬度坐标和所述高斯平面直角坐标之间第一转换方程的参数,即a1,a2,b1,b2,c1,c2,d1和d2,
所述第一转换方程具体为:
X=a1*B+b1*L+c1*B*L+d1
Y=a2*B+b2*L+c2*B*L+d2;
步骤2041,利用所述控制点的经纬度坐标和所述第一转换方程,计算出所述控制点的新的高斯平面直角坐标X’Y’;计算(X’-X)^2+(Y’-Y)^2的数值,并将计算结果按照从小到大的顺序进行排序,取出最小的四个值(X’,Y’),结合所述最小的四个值对应的经纬度坐标,再次建立八元一次方程,重复所述步骤2031,得到所述经纬度坐标和所述高斯平面直角坐标之间的第二转换方程,所述第二转换方程具体为:
X’=a1’*B+b1’*L+c1’*B*L+d1’
X’=a2’*B+b2’*L+c2’*B*L+d2’。
进一步的,获得控制点的经纬度坐标(B,L)和对应数字正射影像上的高斯平面直角坐标(X,Y)的方法包括:
从GoogleEarth上量取所述控制点,获得所述控制点的经纬度坐标(B,L),并采用人工方式到所述应数字正射影像上找到一样的位置,获得所述控制点的高斯平面直角坐标(X,Y);
或者外业人员拿着所述数字设备,站在野外的控制点,找到所述控制点在所述数字正射影像上的位置,获得所述控制点的高斯平面直角坐标(X,Y),同时通过读取所述数字设备上GPS模块的数据,获得所述控制点的经纬度坐标(B,L);
或者外业人员用RTK接收机量测所述控制点,获得所述控制点的经纬度坐标(B,L),然后使用摄影测量光线投影方程和灰度匹配算法,匹配出所述控制点在所述数字正射影像上的位置,获得所述控制点的高斯平面直角坐标(X,Y)。
进一步的,所述原始影像数据集包括多张原始影像数据,所述数字正射影像由所述原始影像数据结合所述外方位元素生成。
进一步的,所述步骤3具体为:
步骤301,在原始影像数据集中任意一张影像数据上点击所述步骤2中任一布控点所指示的位置,获取所述点击位置的影像行列数;
步骤302,根据所述原始影像数据的外方外元素和摄影测量的光线投影方程,选择一条穿过所述点击位置的光线,并计算所述光线交汇到地面上的地面坐标(X,Y,Z);
步骤303,对所述原始影像数据集中的每一张影像做光线投影反算,获得所述地面坐标(X,Y,Z)出现过的全部影像,并记录所述地面坐标(X,Y,Z)在所述全部影像中的交汇位置,获得所述地面坐标(X,Y,Z)的影像集;
步骤304,对所述影像集中的地面坐标(X,Y,Z)的所述交汇位置做一个裁切,获得一个小块,将所述小块和点击位置的影像小块做灰度匹配,确定精确的点击位置和所述点击位置在其他影像上的同名位置;
步骤305,观察所述同名位置是否清晰可见,并观察所述同名位置是否是一个合理的可采集控制点的特征地物,根据所述观察结果判断所述布控点是否是最优布控点。
进一步的,步骤1中,所述原始影像数据集在所述数字设备中的存储方法为:
将所述原始影像数据集中的原始影像数据按顺序进行编码,每一张原始影像数据具有一个唯一的影像编码;
将多张所述原始影像数据集合形成一个航带,所有的原始影像数据形成多个航带,每一航带具有一个唯一的航带编码S,且每一所述原始影像数据均具有隶属于所述航带的编码字段K;
在所述数字设备的数据库中建立航带表和影像表,所述航带表包括所述每个航带的航带编码S,所述影像表包括每张原始影像数据的影像编码和所述编码字段K,通过查询所述编码字段K,即可以获得所述原始影像数据的航带编码S,通过所述航带编码S在航带表中找到对应航带。
进一步的,所述数字设备为电脑、平板电脑和/或手机。
本发明的有益效果是:
(1)本发明对全部的影像数据进行业务逻辑上的规划,即进行航带的划分,并将全部的影像数据存储在数字设备中,提供可视化触摸操作,便于对影像数据进行使用和管理;
(2)本发明利用数字设备的GPS定位功能,通过GPS定位传感器传出的数据,结合数字正射影像和平差算法,实现基于DOM的导航;
(3)本发明利用外方外元素和匹配算法,可以方便快捷的对更换的点位进行野外实时的合理点位预测;
(4)本发明采用数据库存储和访问技术,对控制点采集结果、导航标记结果和合理点位预测结果进行管理,结合匹配算法,形成作业数据流之间的通畅性,保证摄影测量业务逻辑上的内外一体化;
(5)本发明解决了纸质照片难以大量携带和管理,纸质照片的像控点难以更换且需要二次录入的问题,本发明的数字像控所有的成果都是记录在数字设备里面,只需要将文件拷贝出来,不需要进行二次录入,从而提高了摄影测量的精度和效率,提高了野外测量时点位预测的准确性。
附图说明
图1为本发明利用数字设备进行无纸化摄影测量的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
如图1所示,为本发明一种利用数字设备进行无纸化摄影测量的方法流程图,包括以下步骤:
步骤1,获取待作业位置的原始影像数据集、所述原始影像数据集的外方位元素和数字正射影像,并将所述原始影像数据集、所述外方位元素和所述数字正射影像存储在数字设备中;所述数字设备可以选择电脑、平板电脑和/或手机,为了查看和携带方便,通常选择平板电脑。所述数字正射影像(Digital Orthophoto Map,简称DOM)是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空像片,经逐个象元进行投影差改正,再按影像镶嵌,根据图幅范围剪裁生成的影像数据;所述外方位元素又叫像片外定向元素,用于描述摄影中心的空间坐标值和姿态,一张像片的外方位元素通常包括六个参数,其中三个是直线元素,用于描述摄影中心的空间坐标值;另外三个是角元素,用于描述像片的空间姿态,外方位元素可以通过POS***(即定向定位***)的POS坐标数据得到。在现有技术领域,可以采用多种方法将所述原始影像数据拼接形成数字正射影像,并生成所述数字正射影像的外方位元素,也可以利用现有的数字正射影像和外方位元素。
步骤2,在所述数字设备中,利用所述数字正射影像进行野外实时导航,通过手势在所述数字正射影像中选择布控点,并以图形化方法标记所述布控点的采集位置,生成所述布控点的坐标。
步骤3,根据所述外方位元素,在所述步骤2的布控点中选择最优布控点进行野外实时的点位预测;
步骤4,将所述最优布控点的坐标记录在所述数字设备的数据库中。
本实施例的步骤1中,通过数据存存储和访问技术,结合匹配算法,来进行原始影像数据在数字设备中的存储和查找,具体为:所述原始影像数据集包括多张原始影像数据,将所述原始影像数据集中的原始影像数据按顺序进行编码,每一张原始影像数据具有一个唯一的影像编码;将多张所述原始影像数据集合形成一个航带,所有的原始影像数据形成多个航带,每一航带具有一个唯一的航带编码S,且每一所述原始影像数据均具有隶属于所述航带的编码字段K;在所述数字设备的数据库中建立航带表和影像表,所述航带表包括所述每个航带的航带编码S,所述影像表包括每张原始影像数据的影像编码和所述编码字段K,通过查询所述编码字段K,即可以获得所述原始影像数据的航带编码S,通过所述航带编码S在航带表中找到对应航带。
比如,摄影测量的航飞数据可根据架次来划分,这样一个工程里面的影像,就可以划分为:
航带1(影像1~影像78)
航带2(影像79~影像150)
航带3(影像150~影像241)
…
航带n(影像x~影像xx)。
根据航带表和影像表的对应关系,即可在航带表中找到影像表所隶属于的航带。
本发明具体实施例的步骤2中,可以选择三个控制点、四个控制点或者更多的控制点来建立经纬度坐标和直角坐标的转换方程,采集的控制点越多,得到的转换方程精度越高,导航的精度也就越高。当采用三个控制点时,具体步骤为:
步骤20,在所述数字设备的数字正射影像中,选择三个控制点;
步骤21,获取所述三个控制点的经纬度坐标(B,L)和所述三个控制点在所述数字正射影像上的高斯平面直角坐标(X,Y);
步骤22,所述数字设备根据采集到的经纬度坐标(B,L)和高斯平面直角坐标(X,Y),建立六元一次方程组,计算所述经纬度坐标(B,L)和所述高斯平面直角坐标(X,Y)之间转换方程的参数,即a1,a2,b1,b2,c1和c2的数值,所述转换方程具体为:
X=a1*B+b1*L+c1*B*L
Y=a2*B+b2*L+c2*B*L;
其中,X、Y分别为高斯平面直角坐标,B、L分别为经纬度坐标;
步骤23,通过手势在所述数字正射影像中选择布控点,并通过所述数字设备的GPS模块获取所述布控点的经纬度坐标;根据步骤22建立的转换方程,将所述布控点的经纬度坐标转换为所述数字正射影像的高斯平面直角坐标,并在所述数字正射影像中以图形化方法进行标记。
当采用四个控制点时,具体步骤为:
步骤201,在所述数字设备的数字正射影像中,选择四个控制点;
步骤202,获取所述四个控制点的经纬度坐标(B,L)和所述四个控制点在所述数字正射影像上的高斯平面直角坐标(X,Y);
步骤203,所述数字设备根据采集到的经纬度坐标(B,L)和高斯平面直角坐标(X,Y),建立八元一次方程组,计算所述经纬度坐标(B,L)和所述高斯平面直角坐标(X,Y)之间转换方程的参数,即a1,a2,b1,b2,c1,c2,d1和d2,所述转换方程具体为:
X=a1*B+b1*L+c1*B*L+d1
Y=a2*B+b2*L+c2*B*L+d2;
其中,X、Y分别为高斯平面直角坐标,B、L分别为经纬度坐标;
步骤204,通过手势在所述数字正射影像中选择布控点,并通过所述数字设备的GPS模块获取所述布控点的经纬度坐标;根据步骤203建立的转换方程,将所述布控点的经纬度坐标转换为所述数字正射影像的高斯平面直角坐标,并在所述数字正射影像中以图形化方法进行标记。
当采用四个以上控制点时,具体步骤为:
步骤2011,在所述数字设备的数字正射影像中,选择大于四个控制点;
步骤2021,获取所述控制点的经纬度坐标(B,L)和所述控制点在所述数字正射影像上的高斯平面直角坐标(X,Y);
步骤2031,所述数字设备根据采集到的经纬度坐标(B,L)和高斯平面直角坐标(X,Y),建立n元一次方程组,所述n>8,计算所述经纬度坐标和所述高斯平面直角坐标之间第一转换方程的参数,即a1,a2,b1,b2,c1,c2,d1和d2,
所述第一转换方程具体为:
X=a1*B+b1*L+c1*B*L+d1
Y=a2*B+b2*L+c2*B*L+d2;
步骤2041,利用所述控制点的经纬度坐标和所述第一转换方程,计算出所述控制点的新的高斯平面直角坐标X’Y’;计算(X’-X)^2+(Y’-Y)^2的数值,并将计算结果按照从小到大的顺序进行排序,取出最小的四个值(X’,Y’),结合所述最小的四个值对应的经纬度坐标,再次建立八元一次方程,重复所述步骤2031,得到所述经纬度坐标和所述高斯平面直角坐标之间的第二转换方程,所述第二转换方程具体为:
X’=a1’*B+b1’*L+c1’*B*L+d1’
X’=a2’*B+b2’*L+c2’*B*L+d2’。采用这种平差方法,在所述数字正射影像并不是线性拉伸时,导航的精度最高。
无论是采用几个控制点,都有几下三种方法获得控制点的经纬度坐标和对应DOM上直角坐标,在实际测量时,选择任意一种即可:
(1)从GoogleEarth上量取所述控制点,获得所述控制点的经纬度坐标(B,L),并采用人工方式到所述应数字正射影像上找到一样的位置,获得所述控制点的高斯平面直角坐标(X,Y);
(2)外业人员拿着所述数字设备,站在野外的控制点,找到所述控制点在所述数字正射影像上的位置,获得所述控制点的高斯平面直角坐标(X,Y),同时通过读取所述数字设备上GPS模块的数据,获得所述控制点的经纬度坐标(B,L);
(3)外业人员用RTK接收机量测所述控制点,获得所述控制点的经纬度坐标(B,L),然后使用摄影测量光线投影方程和灰度匹配算法,匹配出所述控制点在所述数字正射影像上的位置,获得所述控制点的高斯平面直角坐标(X,Y)。
本实施例的步骤3,进行合理的点位预测包括以下步骤:
步骤301,在原始影像数据集中任意一张影像数据上点击所述步骤2中任一布控点所指示的位置,获取所述点击位置的影像行列数;
步骤302,根据所述原始影像数据的外方外元素和摄影测量的光线投影方程,选择一条穿过所述点击位置的光线,并计算所述光线交汇到地面上的地面坐标(X,Y,Z);
步骤303,对所述原始影像数据集中的每一张影像做光线投影反算,获得所述地面坐标(X,Y,Z)出现过的全部影像,并记录所述地面坐标(X,Y,Z)在所述全部影像中的交汇位置,获得所述地面坐标(X,Y,Z)的影像集;
步骤304,对所述影像集中的地面坐标(X,Y,Z)的所述交汇位置做一个裁切,获得一个小块,将所述小块和点击位置的影像小块做灰度匹配,确定精确的点击位置和所述点击位置在其他影像上的同名位置;
步骤305,观察所述同名位置是否清晰可见,并观察所述同名位置是否是一个合理的可采集控制点的特征地物,根据所述观察结果判断所述布控点是否是最优布控点。
本发明解决了纸质照片难以大量携带和管理,纸质照片的像控点难以更换且需要二次录入的问题,本发明的数字像控所有的成果都是记录在数字设备里面,只需要将文件拷贝出来,不需要进行二次录入,从而提高了摄影测量的精度和效率,提高了野外测量时点位预测的准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。