CN113310467A - 一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置以及方法 - Google Patents

一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置以及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113310467A
CN113310467A CN202110860705.0A CN202110860705A CN113310467A CN 113310467 A CN113310467 A CN 113310467A CN 202110860705 A CN202110860705 A CN 202110860705A CN 113310467 A CN113310467 A CN 113310467A
Authority
CN
China
Prior art keywords
beidou
monitoring
camera
slope
reference station
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110860705.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113310467B (zh
Inventor
雷孟飞
李鹏
汤金毅
熊用
周俊华
匡宇龙
吴家旺
黄立新
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan Lianzhi Monitoring Technology Co ltd
Original Assignee
Hunan Lianzhi Monitoring Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan Lianzhi Monitoring Technology Co ltd filed Critical Hunan Lianzhi Monitoring Technology Co ltd
Priority to CN202110860705.0A priority Critical patent/CN113310467B/zh
Publication of CN113310467A publication Critical patent/CN113310467A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113310467B publication Critical patent/CN113310467B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/04—Interpretation of pictures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G01C9/18—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids
    • G01C9/24—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels by using liquids in closed containers partially filled with liquid so as to leave a gas bubble
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • G06F17/12—Simultaneous equations, e.g. systems of linear equations
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
    • H04N7/181—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast for receiving images from a plurality of remote sources
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/20—Adaptations for transmission via a GHz frequency band, e.g. via satellite

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

本发明提供了一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置以及方法，本发明的边坡监测装置将北斗监测设备和摄像模块结合起来进行边坡监测，利用北斗监测设备提供基准站和监测站的精确坐标，为摄像模块测量提供起始数据，且利用基准站和监测站计算得到的外方位元素计算整个边坡监测点的绝对坐标，计算过程简单有效，且计算出的监测结果精度高；且边坡监测结果为相片区域每个像素点的位移图，能够提供大面积的边坡监测结果，相较于现有的单点监测装置，监测范围更广；另外监测结果为位移图，能够直观的看出边坡的变形区域，一目了然边坡监测结果的同时，还有利于帮助技术人员快速确定边坡的滑动带。

Description

一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置以及方法
技术领域
本发明涉及边坡监测领域，特别地，涉及一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置以及方法。
背景技术
北斗卫星导航***是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航***，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。近年来，基于北斗卫星导航***的高精度定位服务被广泛的应用于地灾监测和防治。其中城市、山区居民点的高危边坡关系到人民群众的生命财产安全，是重点监测和防治对象。现有边坡监测一般采用北斗、深层位移计、拉线式位移计等设备对边坡进行监测。北斗边坡监测，需要在边坡的易滑动点设置监测点，在稳固地方设置基准站，开始监测后能够得到监测站相对于基准站的位移情况；深层位移计监测，在边坡上进行钻孔，安装深层测斜计，根据设备在不同深度层的倾斜情况计算各个层次的位移；拉线式位移计监测，拉线式位移计安装在边坡的固定位置上，拉绳缚在边坡的裂缝或者易滑动体上，当边坡发生滑动时，拉绳进行伸展和收缩，根据伸展、收缩量计算位移情况。
传统的这些监测设备和监测手段只能对边坡进行单点或多点监测，整个边坡的监测需要多个监测设备配合监测，监测成本高，安装复杂，并且不能够监测整个滑坡面以及整个边坡滑动带的监测；而能够大面积监测的地基sar设备价格高昂，操作复杂。因此，业内急需一种结构简单、能实现大范围监测且监测精度高的北斗和摄像模块结合的边坡监测装置以及方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置和方法，以解决背景技术中存在的问题。
本发明提供一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置，包括北斗监测站、北斗基准站以及后台处理中心；北斗监测站和北斗基准站的数量均包括至少两件，所述北斗基准站间隔设置，所述北斗监测站间隔设置于待监测边坡；北斗监测站与北斗基准站通讯连接，北斗基准站上设有摄像模块，摄像模块用于采集边坡和北斗监测站的照片信息；北斗基准站与后台处理中心通讯连接，后台处理中心解算处理北斗监测站和北斗基准站的北斗监测信息，以及分析处理摄像模块采集的摄像照片信息。
进一步地，北斗基准站包括监测桩以及设置于监测桩上的调平机构、北斗天线、北斗接收机和无线传输设备，摄像模块设置于调平机构上，北斗天线与北斗接收机连接，摄像模块与北斗接收机分别和无线传输设备连接，无线传输设备与后台处理中心通讯连接。
进一步地，调平机构包括底板、整平螺旋、托盘和气泡水平仪，底板设置于监测桩的一端，托盘设置于底板上，托盘与底板之间设有整平螺旋，整平螺旋用以托盘调平；摄像模块包括摄像支架和摄像头，摄像支架转动设置于调平机构的托盘，且摄像支架上设有气泡水平仪，气泡水平仪用以检测判断整平螺旋是否将托盘和摄像支架调平；摄像头转动设置于摄像支架上。
进一步地，托盘上设有安装轴，摄像支架一侧设有第一安装孔，第一安装孔可转动套设在安装轴上；摄像支架另一侧设有第二安装孔，北斗天线安装在第二安装孔上；摄像支架中设有安装槽，转动轴可转动设置在安装槽内，摄像头安装于转动轴上。
进一步地，摄像支架的第一安装孔内设有轴承，且轴承套设在托盘上的安装轴。
进一步地，调平机构还包括垂直制动螺旋和水平制动螺旋，水平制动螺旋与摄像支架上的轴承接触连接，水平制动螺旋用以对摄像支架上的轴承制动，限制固定住摄像支架；垂直制动螺旋与转动轴接触连接，垂直制动螺旋用以对转动轴制动，限制固定住转动轴转动。
本发明还提供一种北斗和摄像模块结合的边坡监测方法，包括上述的一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置，具体包括以下步骤：
S1、边坡监测装置的布置，在待监测边坡间隔布设两个北斗监测站，在边坡下边0-200m的范围间隔设置两个北斗基准站：北斗基准站A和北斗基准站B，通过调平机构的整平螺旋和气泡水平仪对北斗基准站上的摄像模块进行整平，摄像模块的摄像头通过轴承的转动，调节摄像头在水平面的摄像角度，调节摄像头水平面角度后旋拧水平制动螺旋固定，摄像头通过转动轴的转动，调节摄像头的俯仰摄像角度，调节摄像头俯仰角度后旋拧垂直制动螺旋固定；确保北斗基准站的摄像头能够采集拍摄边坡上设置的两个北斗监测站；设置北斗监测站和北斗基准站的采样间隔，以及设置基准站的摄像头拍摄的时间间隔；
S2、监测数据回传，北斗监测站和北斗基准站采集的北斗监测数据以及北斗基准站上摄像模块采集的照片数据传回至后台处理中心；
S3、监测数据处理与分析，后台处理中心对回传的监测数据进行分析处理，具体包括坐标解算、外方位元素解算、像素点坐标计算和生成位移图步骤；依据相邻两次生成的位移图变化得出边坡发生的位移量。
进一步地，坐标解算具体包括：后台处理中心将基准站和监测站做不同基线组合，同时将北斗监测站的北斗数据和北斗基准站的北斗数据进行解算，得到各个基线的基线向量，得到两个北斗监测站的坐标：
Figure 41365DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 265673DEST_PATH_IMAGE002
，两个北斗监测站坐标即两个监测点坐标，以及北斗基准站A的坐标
Figure 327170DEST_PATH_IMAGE003
，北斗基准站B的坐标为
Figure 237619DEST_PATH_IMAGE004
；北斗基准站A上摄像头A的坐标为
Figure 650146DEST_PATH_IMAGE005
；北斗基准站B上摄像头B的坐标为
Figure 802778DEST_PATH_IMAGE006
，h为摄像头中心距北斗天线中心的距离。
进一步地，外方位元素解算具体包括：将北斗数据解算得到的两个监测点坐标(
Figure 984361DEST_PATH_IMAGE007
)和(
Figure 174034DEST_PATH_IMAGE008
)、两个北斗基准站的坐标
Figure 73857DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 242629DEST_PATH_IMAGE004
以及摄像头A的坐标
Figure 544297DEST_PATH_IMAGE005
带入公式①，同时进行最小二乘解算，得到北斗基准站A的摄影姿态角
Figure 904871DEST_PATH_IMAGE009
；将北斗数据解算得到的两个监测点坐标
Figure 291990DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 786425DEST_PATH_IMAGE002
、两个北斗基准站坐标
Figure 677021DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 474076DEST_PATH_IMAGE004
，摄像头B的坐标为
Figure 82912DEST_PATH_IMAGE006
带入公式①，同时进行最小二乘解算，得到北斗基准站B的摄影姿态角
Figure 256404DEST_PATH_IMAGE010
。
摄影测量的共线方程：
①：
Figure 893184DEST_PATH_IMAGE011
；
②：
Figure 861140DEST_PATH_IMAGE012
Figure 957272DEST_PATH_IMAGE014
；
式①和式②中，（
Figure 668876DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 658698DEST_PATH_IMAGE016
）为像点的像平面坐标，即监测点在相片中的坐标，通过测量北斗监测站在照片中的坐标得到，为已知参数；（
Figure 797555DEST_PATH_IMAGE017
）为相片的内方位元素，由摄像头的参数确定，为已知参数；(
Figure 380983DEST_PATH_IMAGE018
)为摄影中心的坐标，即摄像头中心坐标，利用北斗接收机解算得到，为已知参数；（
Figure 630699DEST_PATH_IMAGE019
）为物方点的物方空间坐标，即监测点的坐标，为已知参数；
Figure 242071DEST_PATH_IMAGE020
为摄影姿态角；
Figure 551829DEST_PATH_IMAGE021
为由摄影姿态角
Figure 622554DEST_PATH_IMAGE022
确定的方向余弦。
像素点坐标计算具体包括：将北斗基准站A和北斗基准站B的内方位元素以及北斗基准站A和北斗基准站B的姿态角带入公式①，以及配合相片中的每个像素代入都能得到四个方程，同时利用最小二乘计算得出相片中每个像素点在边坡中的坐标（
Figure 675960DEST_PATH_IMAGE019
）。
生成位移图，将计算得到的每个像素点的坐标减去上一期相片计算得到的坐标值，通过后台处理中心生成两期边坡的位移图，两期边坡位移图的变化为边坡发生的位移量。
进一步地，位移图中像素点的变化按照不同的差值等级标注不同颜色。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种北斗和摄像头的边坡监测装置以及方法，本发明的边坡监测装置将北斗监测设备和摄像模块结合起来进行边坡监测，利用北斗监测设备提供北斗基准站和北斗监测站的精确坐标，为摄像模块测量提供起始数据，且利用北斗基准站和北斗监测站计算得到的外方位元素计算整个边坡监测点的绝对坐标，计算过程简单有效，且计算出的监测结果精度高。本发明监测装置在边坡中安装两个北斗监测站和两个带摄像模块的北斗基准站就能配合完成整个边坡的监测，监测设备少，成本低，且边坡监测结果为相片区域每个像素点的位移图，能够提供大面积的边坡监测结果，相较于现有的单点监测装置，监测范围更广；另外监测结果为位移图，能够直观的看出边坡的变形区域，一目了然边坡监测结果的同时，还有利于帮助技术人员快速确定边坡的滑动带。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本实施例的北斗基准站的结构示意图；
图2是图1中摄像支架与调平机构的安装连接示意图；
图3是本实施例的北斗基准站与北斗监测的连接示意图；
图4是本发明一种北斗和摄像模块结合的边坡监测方法的流程框图；
其中，1、北斗天线，2、摄像头，3、调平机构，4、监测桩，5、摄像模块，6、北斗接收机，7、DTU无线传输设备，8、电源接口，9、安装轴，10、转动轴，11、轴承，12、托盘，13、整平螺旋，14、天线螺母，15、摄像支架，16、垂直制动螺旋，17、水平制动螺旋，18、气泡水平仪。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
参照图1至图2，本发明提供了一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置，包括北斗监测站、北斗基准站以及后台处理中心，北斗监测站和北斗基准站的数量均包括至少两件，所述北斗基准站间隔设置，所述北斗监测站间隔设置于待监测边坡；北斗监测站与北斗基准站通讯连接，北斗基准站上设有摄像模块5，摄像模块采集边坡和北斗监测站的照片信息，北斗基准站与后台处理中心通讯连接，后台处理中心解算处理北斗监测站和北斗基准站的北斗监测信息，以及分析处理摄像模块采集的照片信息。
本实施例中，北斗监测站和北斗基准站的数量均为两件，北斗监测站采用现有的北斗监测设备，北斗基准站包括监测桩4以及设置于监测桩上的调平机构3、北斗天线1、北斗接收机6和无线传输设备，北斗接收机和无线传输设备设置于监测桩4内；无线传输设备采用DUT无线传输设备7；监测桩内还设有供电装置（如锂电池组电源），供电装置与北斗接收机和无线传输设备电性连接，供电装置为北斗基准站的设备供电；另外北斗基准站还设有电源接口8，电源接口设置于监测桩的侧壁上，北斗基准站利用电源接口能够外接电源供电。摄像模块设置于调平机构3上，调平机构包括底板、整平螺旋13、托盘12和气泡水平仪18，底板设置于监测桩的一端端面上，托盘设置于底板上，托盘与底板之间设有整平螺旋，整平螺旋用以托盘调平；摄像模块包括摄像支架15和摄像头2，摄像支架转动设置于调平机构的托盘上，且摄像支架上设有气泡水平仪，气泡水平仪用以检测判断整平螺旋是否将托盘和摄像支架调平。托盘上设有安装轴9，摄像支架一侧设有第一安装孔，第一安装孔可转动套设在安装轴9上，具体包括：摄像支架的第一安装孔内设有轴承11，且轴承套设在托盘上的安装轴；摄像支架另一侧设有第二安装孔；北斗天线安装在第二安装孔上，具体包括：第二安装孔上设有内螺纹或安放有天线螺母14，北斗天线安装在螺栓上，北斗天线利用螺栓与第二安装孔的内螺纹或天线螺母螺纹连接；摄像支架15中设有安装槽，安装槽内设有转动轴10，摄像头安装于转动轴上。北斗天线与北斗接收机连接，摄像模块与北斗接收机分别连接DTU无线传输设备，DTU无线传输设备与后台处理中心通讯连接，利用DTU无线传输设备将北斗监测站、北斗基准站以及北斗基准站上摄像头的摄像数据传回后台处理中心。
调平机构3还包括垂直制动螺旋16和水平制动螺旋17，水平制动螺旋与摄像支架上的轴承接触连接，水平制动螺旋用以对摄像支架上的轴承制动，限制固定住摄像支架；垂直制动螺旋与转动轴接触连接，垂直制动螺旋用以限制固定住转动轴，防止转动轴转动。需要说明的是调平机构参照现有全站仪调平机构设置。本发明监测装置中摄像模块的摄像头能够360度水平旋转调节以及俯仰调节安装角度，有利于监测装置现场安装布置。摄像头采用普通的高分辨率摄像头即可，无需专业的测量型摄像头，且摄像模块中摄像头的摄影姿态角通过共线方程以及已知监测点解算得知，无需加装陀螺仪模块，有效节省成本。
参见图3和图4，本发明提供还提供一种北斗和摄像模块结合的边坡监测方法，包括以下步骤：
S1、边坡监测装置的布置，在待监测边坡间隔布设两个北斗监测站，两个北斗监测站的间隔根据实际情况常规设置，在边坡下边0-200m的范围间隔设置两个北斗基准站：北斗基准站A和北斗基准站B，通过调平机构的整平螺旋和气泡水平仪对北斗基准站上的摄像模块进行整平，摄像模块的摄像头通过轴承的转动，调节摄像头在水平面的摄像角度，摄像头通过转动轴的转动，调节摄像头的俯仰摄像角度；确保北斗基准站的摄像头能够采集拍摄边坡上设置的两个北斗监测站；设置北斗监测站和北斗基准站的采样间隔（间隔根据具体情况设置），以及设置北斗基准站的摄像头拍摄的时间间隔。
S2、监测数据回传，北斗监测站和北斗基准站采集的北斗监测数据以及北斗基准站上摄像头采集的照片数据传回至后台处理中心。
S3、监测数据处理与分析，后台处理中心对回传的监测数据进行分析处理，具体包括坐标解算、外方位元素解算、像素点坐标计算和生成位移图步骤；依据相邻两次生成的位移图变化得出边坡发生的位移量。
坐标解算，后台处理中心将北斗基准站和北斗监测站做不同基线组合，将两个北斗监测站的北斗数据分别与两个北斗基准站的北斗数据进行解算，得到各个基线的基线向量，假设以北斗基准站A为原点，即北斗基准站A的坐标为（0,0,0）；得到两个北斗监测站的坐标为
Figure 515740DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 121034DEST_PATH_IMAGE002
，两个北斗监测站坐标即为两个监测点的坐标；解算得到北斗基准站B的坐标为
Figure 413475DEST_PATH_IMAGE004
；摄像头中心与北斗天线中心的距离h为20cm，摄像头A的坐标为（0，0，-20）；摄像头B的坐标为
Figure 270573DEST_PATH_IMAGE023
。
外方位元素解算，外方位元素为确定摄影光束在物方的几何关系的基本数据，包括摄影姿态角
Figure 964859DEST_PATH_IMAGE024
和摄影中心坐标，本实施例中摄影中心坐标已知，仅需要求解三个摄影姿态角。
摄影测量的共线方程如下：
①：
Figure 242519DEST_PATH_IMAGE025
；
②：
Figure 287835DEST_PATH_IMAGE026
Figure 683045DEST_PATH_IMAGE014
；
式①和式②中，（
Figure 231838DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 319879DEST_PATH_IMAGE016
）为像点的像平面坐标，即监测点在相片中的坐标，通过量测北斗监测站在照片中的坐标得到，为已知参数；（
Figure 711546DEST_PATH_IMAGE017
）为相片的内方位元素，由摄像头的参数确定，为已知参数，(
Figure 910447DEST_PATH_IMAGE018
)为摄影中心的坐标，即摄像头中心坐标（由北斗接收机解算得到），为已知参数；（
Figure 313746DEST_PATH_IMAGE019
）为物方点的物方空间坐标，即监测点的坐标，为已知参数；
Figure 572689DEST_PATH_IMAGE024
为摄影姿态角；
Figure 953117DEST_PATH_IMAGE021
为由摄影姿态角
Figure 690129DEST_PATH_IMAGE024
确定的方向余弦，为未知参数。
将北斗数据解算得到的两个监测点坐标
Figure 213514DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 643359DEST_PATH_IMAGE002
、两个北斗基准站坐标
Figure 744039DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 284741DEST_PATH_IMAGE004
以及A摄像头中心的坐标（0,0，-20）带入公式①，共有四个方程，进行最小二乘解算，得到北斗基准站A的摄影姿态角
Figure 928212DEST_PATH_IMAGE009
。
将两个监测点的坐标
Figure 263379DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 618399DEST_PATH_IMAGE002
与两个基准站坐标
Figure 697213DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 195191DEST_PATH_IMAGE004
以及B摄像头中心的坐标
Figure 701259DEST_PATH_IMAGE023
带入公式①，共有四个方程，进行最小二乘解算，得到北斗基准站B的摄影姿态角
Figure 917476DEST_PATH_IMAGE010
。
像素点坐标计算，将摄像头A和摄像头B的内方位元素以及姿态角带入公式①，以及配合相片中的每个像素点都能得到四个方程，同时利用最小二乘计算相片的每个像素点在边坡中的坐标，即公式①中的
Figure 924615DEST_PATH_IMAGE019
。
生成位移图，将计算得到的每个像素点的坐标减去上一期相片计算得到的坐标值，得到两期边坡的位移图，位移图中像素点的变化按照不同的差值等级标注不同颜色，能够直观了解边坡的位移变化。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (9)

1.一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置，其特征在于，包括北斗监测站、北斗基准站以及后台处理中心；北斗监测站和北斗基准站的数量均包括至少两件，所述北斗基准站间隔设置；所述北斗监测站间隔设置于待监测边坡；北斗监测站与北斗基准站通讯连接；北斗基准站上设有摄像模块，摄像模块用于采集边坡和北斗监测站的照片信息；北斗基准站与后台处理中心通讯连接，后台处理中心解算处理北斗监测站和北斗基准站的北斗监测信息，以及分析处理摄像模块采集的摄像照片信息。
2.根据权利要求1所述的一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置，其特征在于，北斗基准站包括监测桩以及设置于监测桩上的调平机构、北斗天线、北斗接收机和无线传输设备，摄像模块设置于调平机构上，北斗天线与北斗接收机连接，摄像模块与北斗接收机分别和无线传输设备连接，无线传输设备与后台处理中心通讯连接。
3.根据权利要求2所述的一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置，其特征在于，调平机构包括底板、整平螺旋、托盘和气泡水平仪，底板设置于监测桩的一端，托盘设置于底板上，托盘与底板之间设有整平螺旋，整平螺旋用以托盘调平；摄像模块包括摄像支架和摄像头，摄像支架转动设置于调平机构的托盘，且摄像支架上设有气泡水平仪，摄像头转动设置于摄像支架上。
4.根据权利要求3所述的一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置，其特征在于，托盘上设有安装轴，摄像支架一侧设有第一安装孔，第一安装孔可转动套设在安装轴上；摄像支架另一侧设有第二安装孔，北斗天线安装在第二安装孔上；摄像支架中设有安装槽，转动轴可转动设置在安装槽内，摄像头安装于转动轴上。
5.根据权利要求4所述的一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置，其特征在于，摄像支架的第一安装孔内设有轴承，且轴承套设在托盘上的安装轴。
6.根据权利要求5所述的一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置，其特征在于，调平机构还包括垂直制动螺旋和水平制动螺旋，水平制动螺旋与摄像支架上的轴承接触连接，水平制动螺旋用以对摄像支架上的轴承制动，限制固定住摄像支架；垂直制动螺旋与转动轴接触连接，垂直制动螺旋用以对转动轴制动，限制固定住转动轴。
7.一种北斗和摄像模块结合的边坡监测方法，包括权利要求6所述的一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、边坡监测装置的布置，在待监测边坡间隔布设两个北斗监测站，在边坡下边0-200m的范围间隔设置两个北斗基准站：北斗基准站A和北斗基准站B，通过调平机构的整平螺旋和气泡水平仪对北斗基准站上的摄像模块进行整平，摄像模块的摄像头通过轴承的转动，调节摄像头在水平面的摄像角度，摄像头通过转动轴的转动，调节摄像头的俯仰摄像角度；确保北斗基准站的摄像头能够采集拍摄边坡上设置的两个北斗监测站；设置北斗监测站和北斗基准站的采样间隔，以及设置北斗基准站的摄像头拍摄的时间间隔；
S2、监测数据回传，北斗监测站和北斗基准站采集的北斗监测数据以及北斗基准站上摄像头采集的照片数据传回至后台处理中心；
S3、监测数据处理与分析，后台处理中心对回传的监测数据进行分析处理，具体包括坐标解算、外方位元素解算、像素点坐标计算和生成位移图步骤；依据相邻两次生成的位移图变化得出边坡发生的位移量。
8.根据权利要求7所述的一种北斗和摄像模块结合的边坡监测方法，其特征在于，坐标解算具体包括：后台处理中心将北斗基准站和北斗监测站做不同基线组合，同时将北斗监测站的北斗数据和北斗基准站的北斗数据进行解算，得到各个基线的基线向量，得到两个北斗监测站的坐标：
Figure 419018DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 336158DEST_PATH_IMAGE002
，以及北斗基准站A的坐标
Figure 115896DEST_PATH_IMAGE003
，北斗基准站B的坐标为
Figure 511105DEST_PATH_IMAGE004
；北斗基准站A上摄像头A的坐标为
Figure 951576DEST_PATH_IMAGE005
；北斗基准站B上摄像头B的坐标为
Figure 774038DEST_PATH_IMAGE006
，h为摄像头中心距北斗天线中心的距离；
外方位元素解算具体包括：将北斗数据解算得到的两个监测点坐标(
Figure 41071DEST_PATH_IMAGE007
)和(
Figure 239972DEST_PATH_IMAGE008
)、两个北斗基准站的坐标
Figure 33484DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 26848DEST_PATH_IMAGE004
以及摄像头A的坐标
Figure 781177DEST_PATH_IMAGE005
带入公式①，同时进行最小二乘解算，得到北斗基准站A的摄影姿态角
Figure 518189DEST_PATH_IMAGE009
；
将北斗数据解算得到的两个监测点坐标
Figure 644236DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 74080DEST_PATH_IMAGE002
、两个北斗基准站坐标
Figure 315705DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 590829DEST_PATH_IMAGE004
，摄像头B的坐标为
Figure 234300DEST_PATH_IMAGE006
带入公式①，同时进行最小二乘解算，得到北斗基准站B的摄影姿态角
Figure 694100DEST_PATH_IMAGE010
；
摄影测量的共线方程：
①：
Figure 423022DEST_PATH_IMAGE011
；
②：
Figure 501836DEST_PATH_IMAGE012
Figure 999813DEST_PATH_IMAGE014
；
式①和式②中，（
Figure 397559DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 348198DEST_PATH_IMAGE016
）为像点的像平面坐标，即监测点在相片中的坐标，通过测量北斗监测站在照片中的坐标得到，为已知参数；（
Figure 230703DEST_PATH_IMAGE017
）为相片的内方位元素，由摄像头的参数确定，为已知参数；(
Figure 583187DEST_PATH_IMAGE018
)为摄影中心的坐标，即摄像头中心坐标，利用北斗接收机解算得到，为已知参数；（
Figure 650369DEST_PATH_IMAGE019
）为物方点的物方空间坐标，即监测点的坐标，为已知参数；
Figure 88303DEST_PATH_IMAGE020
为摄影姿态角；
Figure 508920DEST_PATH_IMAGE021
为由摄影姿态角
Figure 981490DEST_PATH_IMAGE022
确定的方向余弦；
像素点坐标计算具体包括：将摄像头A和摄像头B的内方位元素以及北斗基准站A和北斗基准站B的姿态角带入公式①，以及配合相片中的每个像素代入都能得到四个方程，同时利用最小二乘计算得出相片中每个像素点在边坡中的坐标（
Figure 94940DEST_PATH_IMAGE019
）；
生成位移图；将计算得到的每个像素点的坐标减去上一期相片计算得到的坐标值，通过后台处理中心生成两期边坡的位移图，两期边坡位移图的变化为边坡发生的位移量。
9.根据权利要求8所述的一种北斗和摄像模块结合的边坡监测方法，其特征在于，位移图中像素点的变化按照不同的差值等级标注不同颜色。
CN202110860705.0A 2021-07-29 2021-07-29 一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置以及方法 Active CN113310467B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110860705.0A CN113310467B (zh) 2021-07-29 2021-07-29 一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置以及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110860705.0A CN113310467B (zh) 2021-07-29 2021-07-29 一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置以及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113310467A true CN113310467A (zh) 2021-08-27
CN113310467B CN113310467B (zh) 2021-10-29

Family

ID=77381891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110860705.0A Active CN113310467B (zh) 2021-07-29 2021-07-29 一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置以及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113310467B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114234780A (zh) * 2021-11-09 2022-03-25 煤炭科学技术研究院有限公司 边坡的滑动监测方法及其装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206210063U (zh) * 2016-10-27 2017-05-31 昆明理工大学 一种基于北斗一代的公路高危边坡监控***
CN207364573U (zh) * 2017-11-06 2018-05-15 山东省交通规划设计院 一种公路边坡变形照相测量支撑装置
CN110388893A (zh) * 2019-08-16 2019-10-29 湖南联智桥隧技术有限公司 基于北斗数据通信的远程边坡安全监测数据采集装置
CN210570483U (zh) * 2019-07-24 2020-05-19 四川建筑职业技术学院 一种基于北斗定位的地铁枢纽站基坑边坡变形实时监测仪

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206210063U (zh) * 2016-10-27 2017-05-31 昆明理工大学 一种基于北斗一代的公路高危边坡监控***
CN207364573U (zh) * 2017-11-06 2018-05-15 山东省交通规划设计院 一种公路边坡变形照相测量支撑装置
CN210570483U (zh) * 2019-07-24 2020-05-19 四川建筑职业技术学院 一种基于北斗定位的地铁枢纽站基坑边坡变形实时监测仪
CN110388893A (zh) * 2019-08-16 2019-10-29 湖南联智桥隧技术有限公司 基于北斗数据通信的远程边坡安全监测数据采集装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114234780A (zh) * 2021-11-09 2022-03-25 煤炭科学技术研究院有限公司 边坡的滑动监测方法及其装置
CN114234780B (zh) * 2021-11-09 2024-04-12 煤炭科学技术研究院有限公司 边坡的滑动监测方法及其装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113310467B (zh) 2021-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2875317B1 (en) Sky polarization sensor for absolute orientation determination
CN102538761B (zh) 球面全景相机摄影测量方法
CN103822629B (zh) 基于多方向偏振光导航传感器的定位***及其定位方法
CN103837126B (zh) 以天***置作为标校基准的三维空间方向角测量装置及方法
CN111220123B (zh) 基础环倾斜角监测***及方法
CN113310467B (zh) 一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置以及方法
Abele et al. Digital zenith camera for vertical deflection determination
CN101729765B (zh) 提供被摄物gps坐标的摄像装置与侦测被摄物gps坐标的方法
KR101349116B1 (ko) 지형지물의 변화에 따른 기존 촬영이미지의 실시간 편집을 위한 영상도화 갱신시스템
CN114565677B (zh) 一种定位纠偏方法、监控设备和计算机可读存储介质
CN104410839A (zh) 一种移动式输电线杆塔区域山火与山体滑坡灾害在线监测***与监测方法
CN106323342B (zh) 航空扫描仪回转轴线的高精度引出方法
WO2023241743A2 (zh) 输电杆塔沉降监测装置及方法
CN212110024U (zh) 新型电子激光方位仪
US20100085467A1 (en) Image pickup device capable of providing gps coordinates of subject to be shot and method for detecting gps coordinates thereof
CN214470600U (zh) 一种基于gnss的空间坐标测量装置
CN216081957U (zh) 一种桥梁挠度测量装置
Kersten et al. Photogrammetric 3-D point determination for dam monitoring
CN104359453A (zh) 一种基于图像处理技术的电子日位传感器及其使用方法
CN204649185U (zh) 通信基站天线姿态塔下测试仪
CN105547238B (zh) 一种太阳高度快速测量装置及基于该装置的定位方法
CN113607094B (zh) 一种接触网斜率激光测量装置和方法
CN217386386U (zh) 城市硬件设施的缺陷检测背包及其支架
CN207424266U (zh) 一种定姿定位装置
CN217057002U (zh) 一种测量三脚架支撑装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: A slope monitoring device and method combining Beidou and camera module

Effective date of registration: 20230331

Granted publication date: 20211029

Pledgee: Pudong Development Bank of Shanghai Limited by Share Ltd. Changsha branch

Pledgor: HUNAN LIANZHI MONITORING TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2023980037131