CN110319816A - 基于摄影测量技术的地质编录***及编录方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于摄影测量技术的地质编录***及编录方法。所述地质编录***包括：倾斜摄影模块，用于从空中不同角度拍摄目标地质结构的影像数据；近景摄影模块，用于从地面不同角度拍摄所述目标地质结构的影像数据，以补充所述倾斜摄影模块的拍摄盲区；影像处理模块，用于根据所述倾斜摄影模块拍摄的影像数据及所述近景摄影模块拍摄的影像数据建立三维实景模型；数据处理模块，用于根据所述影像处理模块建立的三维实景模型进行地质编录。本发明在影像采集时结合了倾斜摄影与近景摄影的双方优势，大大提高了影像采集的效率与质量，有助于高清晰度、高精确度地还原目标地质结构的三维实景模型并进行产状分析与编录。

Description

基于摄影测量技术的地质编录***及编录方法

技术领域

本发明涉及地质编录技术领域，特别是涉及基于摄影测量技术的地质编录***及编录方法。

背景技术

工程地质编录相当于大比例尺地质测绘，是施工地质工作中最重要、最基本的工作，是对岩石开挖面进行地质观察和描述，记录地层、结构面及地质特性的技术过程。传统的地质编录都是以地质素描为主，依靠人工现场勘测，绘出地质结构线并量测产状。该方式手段落后，内业工作繁琐，并且受现场地质人员素质、个人习惯差异的影响，使得地质编录成果滞后，有时还会发生失实现象。此外，受现场施工条件、作业环境的影响，留给现场地质编录的作业时间越来越短，有时现场作业人员具有一定的安全隐患与风险，同时编录工作中需要投入大量的人力、物力和时间。

为了改进传统地质编录手段，将摄影技术应用于地质编录的方法是近年来备受关注的地质编录方法，目前该方法在国内外都处于尝试阶段，国内一些设计单位及高校投入了大量的研究和应用，主要通过近景摄影测量技术，使用定制的量测相机或者普通数码相机进行影像拍摄，并自主开发影像处理软件，形成数字摄影地质编录***。但根据实际应用的情况来看，现有的应用***并不成熟，主要表现在以下几个方面：

首先，影像的获取受相机的像素、拍摄位置、拍摄角度、拍摄距离等因素的影响。近景摄影受限于现场条件，往往很难拍摄到没有盲区的高清影像，这对地质解译和地质测量十分不利，局部、细部地质现象无法得以体现。

其次，现有的摄影地质编录***的影像处理软件通常是自主研发，一般只是对获得的影像进行几何纠正、镶嵌等处理，也有基于商用的摄影测量软件如“VirtuoZo”等，但是这些处理软件都未能很好地解决重建现场高精度三维模型的问题，有的软件处理成果甚至不具备量测坐标信息。构造地质学中解算产状最基本的方法是三点法，即根据结构面上不在一条直线上的三个点的空间坐标来计算该结构面的产状。要获取任意结构面上的三个点，必须先将拍摄的影像重建成高精度三维模型，才能识别出跟现场一致的任意结构面，进而获取面上的点。

最后，现有摄影地质编录***没有很好地解决坐标定位问题，也就是像控点的坐标采集问题，有的***通过改装测量设备使设备既能拍摄影像也能测量坐标，有的***则另外通过全站仪引测。无论哪一种都需要在工程区域有控制点进行引测，所需时间较多，导致效率较低，不满足现场可利用作业时间短的特点要求。

综上所述，如何将摄影测量技术成熟、高效地运用到地质编录成图中成为一个亟待克服的新课题。该技术需能快速、准确、无盲区地拍摄开挖面高清影像，高精度、高清晰地重建高陡边坡实景三维模型，以供给专家组进行分析，最终达到节省人力、提高效率、降低风险的目的。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供基于摄影测量技术的地质编录***及编录方法，用于解决现有技术中的以上问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于摄影测量技术的地质编录***，包括：倾斜摄影模块，用于从空中不同角度拍摄目标地质结构的影像数据；近景摄影模块，用于从地面不同角度拍摄所述目标地质结构的影像数据，以补充所述倾斜摄影模块的拍摄盲区；影像处理模块，用于根据所述倾斜摄影模块拍摄的影像数据及所述近景摄影模块拍摄的影像数据建立三维实景模型；数据处理模块，用于根据所述影像处理模块建立的三维实景模型进行地质编录。

于本发明一实施例中，所述***还包括：定位模块，用于测量所述目标地质结构的像控点坐标；所述影像处理模块还用于：将所述定位模块测量的所述像控点坐标添加于所述三维实景模型的相应位置。

于本发明一实施例中，所述倾斜摄影模块采用无人机。

于本发明一实施例中，所述无人机搭载有多个镜头，以实现对所述目标地质结构的不同角度的拍摄。

于本发明一实施例中，所述近景摄影模块采用数码相机。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于摄影测量技术的地质编录方法，包括：从空中不同角度拍摄目标地质结构的第一影像数据；从地面不同角度拍摄所述目标地质结构的第二影像数据，以作为所述第一影像数据所未包含的拍摄盲点的补充影像数据；根据所述第一影像数据及所述第二影像数据建立三维实景模型；根据所述三维实景模型进行地质编录。

于本发明一实施例中，所述方法还包括：测量所述目标地质结构的像控点坐标；将所述像控点坐标添加于所述三维实景模型的相应位置。

于本发明一实施例中，所述倾斜摄影模块采用无人机。

于本发明一实施例中，所述无人机搭载有多个镜头，以实现对所述目标地质结构的不同角度的拍摄。

于本发明一实施例中，所述近景摄影模块采用数码相机。

如上所述，本发明的基于摄影测量技术的地质编录***及编录方法，本发明在影像采集时结合了倾斜摄影与近景摄影的双方优势，大大提高了影像采集的效率与质量，有助于高清晰度、高精确度地还原目标地质结构的三维实景模型并进行产状分析与编录。

附图说明

图1显示为本发明一实施例中的基于摄影测量技术的地质编录***的结构示意图。

图2显示为本发明一实施例中的基于摄影测量技术的地质编录方法的流程示意图。

元件标号说明

10 近景摄影模块

11 倾斜摄影模块

12 定位模块

13 影像处理模块

14 数据处理模块

20～28 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明实施例提供一种基于摄影测量技术的地质编录***，该***包括：近景摄影模块10、倾斜摄影模块11、定位模块12(可选)、影像处理模块13、数据处理模块14。

倾斜摄影模块11用于从空中不同角度拍摄目标地质结构的影像数据。倾斜摄影模块11采用无人机，如为多旋翼无人机(如大疆M600Pro)，搭载有多镜头以一个架次同时可采集多个角度的影像，如同时搭载五镜头相机或单镜头相机模拟五镜头进行倾斜摄影等。

近景摄影模块10用于从地面不同角度拍摄所述目标地质结构的影像数据，以补充所述倾斜摄影模块的拍摄盲区。近景摄影模块10采用数码相机，如为手持相机Cannon 5DMark3，站在地面特定角度拍摄目标地质结构(如岩石开挖面)以弥补倾斜摄影留下的盲区以及细部特征。

定位模块12用于测量所述目标地质结构的像控点坐标。优选的，定位模块12采用千寻位置提供的网络RTK服务千寻知寸，该服务目前覆盖了全国大部分区域，在全国范围内可达到厘米级定位，有WGS84、CGCS2000等三种坐标类型端口，无需控制点、无需另外架设标定基准站，通过移动通信网络即可快速地获得由千寻北斗地基增强站发出的高精度像控点测量信息。

影像处理模块13用于根据所述倾斜摄影模块拍摄的影像数据及所述近景摄影模块拍摄的影像数据建立三维实景模型，可选的，还会将所述定位模块测量的所述像控点坐标添加于所述三维实景模型的相应位置。影像处理模块13采用基于计算机视觉匹配原理的处理软件(如Bentley ContextCapture、Pix4D等)，能快速、高精度地建立目标地质结构(如岩石开挖面)的三维实景模型，可选的，还能通过像控点刺点传递绝对坐标，使三维实景模型具有可量测的真实坐标。

数据处理模块14用于根据所述影像处理模块建立的三维实景模型进行地质编录。数据处理模块优选为基于Bentley Microstation平台二次开发的地质编录***，Microstation可直接导入3SM或3MX格式的三维实景模型文件。通过该二次开发工具能任意选取三维实景模型的三个点来计算产状要素，能将三维实景模型投影至任意面来生成正摄影像以进行地质编录图绘制、输出编录报告等。

请参阅图2，本发明实施例提供一种基于摄影测量技术的地质编录方法，该方法包括四个方面，即影像采集、像控点测量(可选)、影像处理、地质编录。对于与前述***实施例原理相同的技术特征，本实施例便不再重复介绍。

影像采集包括步骤20和步骤21，排名不分先后也可同时进行。步骤20从地面不同角度拍摄目标地质结构(如岩石开挖面)的影像(称作第二影像数据)，补充倾斜摄影的盲区。步骤21从空中不同角度拍摄目标地质结构(如岩石开挖面)的影像(称作第一影像数据)，以构成三维实景建模的主要数据源。倾斜摄影与近景摄影的合理分工、合理搭配，最终实现影像采集的高清晰、无盲区，有助于使得所建的三维实景模型能完整地呈现与现场一致的任意地质构造面。

像控点测量包括步骤22，利用千寻位置等工具采集像控点绝对坐标。像控点是直接为摄影测量的控制点加密或测图需要而在实地布设并进行测定的控制点，包括仅具有平面坐标的像片平面控制点和仅具高程的像片高程控制点及同时具有平面坐标与高程的像片平高控制点。合理地布设像控点有利于保证所建的三维实景模型的量测精度。

影像处理包括步骤23～25，依次进行。步骤23针对倾斜摄影以及近景摄影的多源数据(包括第一、第二影像数据)进行同名像点转刺以实现影像匹配，否则两种数据会建立各自的三维模型。步骤24通过空三加密连接点匹配，可选的，传递像控点坐标。步骤25根据空三加密成果建立拍摄区域的三维实景模型。

需要说明的是，所谓的同名像点即为地面上同一个点在不同影像上成的像点，同名像点构成立体景像。所述的空三加密，也即解析空中三角测量，是指用计算的方法，根据少量底面控制点，按一定的数学模型，平差解算出待定点(或加密点)的平面位置和高程及每张像片外方位元素的测量方法，不触及被测目标即可测定其位置和几何形状，可快速地在大范围内同时进行点位测定，以节省野外测量工作量，不受通视条件限制，区域内部精度均匀，不受区域大小限制。空三加密即通过少量的地面控制点来恢复影像拍摄姿态并得到加密点的大地坐标。

地质编录包括步骤26～28中的一种或多种组合。步骤26在所建的三维实景模型上任意选取一个结构面，在结构面上选择三个不在一条直线上的点，采用三点法进行产状要素的计算，并可将计算结果直观地标注在模型中。步骤27可将三维实景模型投影至任意面来生成正摄影像。步骤28：采用步骤27中所得的正摄影像做为底图，绘制地质编录图。

综上所述，本发明的基于摄影测量技术的地质编录***及编录方法，相对于现有的摄影测量地质编录方案，在影像采集时结合了倾斜摄影与近景摄影各自的优势，大大提高了影像采集的效率与质量；在影像处理时采用先进的基于计算机视觉匹配原理的影像三维建模软件，高清晰、高精度地还原岩石开挖面等地质结构的三维模型，为基于三维模型进行产状分析、地质编录提供前提；采用千寻位置网络RTK服务完成快速、高效、准确的像控点采集；基于三维平台软件Microstation开发地质编录工具，利用该平台对三维实景模型良好的兼容性以及开放的二次开发接口，可将重点放在数据分析与绘制编录图上，高效完成各项所需功能。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于摄影测量技术的地质编录***，其特征在于，包括：

倾斜摄影模块，用于从空中不同角度拍摄目标地质结构的影像数据；

近景摄影模块，用于从地面不同角度拍摄所述目标地质结构的影像数据，以补充所述倾斜摄影模块的拍摄盲区；

影像处理模块，用于根据所述倾斜摄影模块拍摄的影像数据及所述近景摄影模块拍摄的影像数据建立三维实景模型；

数据处理模块，用于根据所述影像处理模块建立的三维实景模型进行地质编录。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括：定位模块，用于测量所述目标地质结构的像控点坐标；所述影像处理模块还用于：将所述定位模块测量的所述像控点坐标添加于所述三维实景模型的相应位置。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述倾斜摄影模块采用无人机。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述无人机搭载有多个镜头，以实现对所述目标地质结构的不同角度的拍摄。

5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述近景摄影模块采用数码相机。

6.一种基于摄影测量技术的地质编录方法，其特征在于，包括：

从空中不同角度拍摄目标地质结构的第一影像数据；

从地面不同角度拍摄所述目标地质结构的第二影像数据，以作为所述第一影像数据所未包含的拍摄盲点的补充影像数据；

根据所述第一影像数据及所述第二影像数据建立三维实景模型；

根据所述三维实景模型进行地质编录。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

测量所述目标地质结构的像控点坐标；

将所述像控点坐标添加于所述三维实景模型的相应位置。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述倾斜摄影模块采用无人机。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述无人机搭载有多个镜头，以实现对所述目标地质结构的不同角度的拍摄。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述近景摄影模块采用数码相机。