一种网架单元拼装精度快速自动化摄影测量方法技术

技术编号:12527276 阅读:52 留言:0更新日期:2015-12-17 22:14
本发明专利技术涉及一种自动化摄影测量方法,尤其涉及一种网架单元拼装精度快速自动化摄影测量方法,属于钢结构领域。按以下步骤进行:自动化摄影测量系统硬件操作方法→自动化摄影测量系统软件的操作方法→自动化摄影测量系统数据分析的操作方法。一种网架单元拼装精度快速自动化摄影测量方法,操作方法科学合理,精确度较高,同时适用范围较广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自动化摄影测量方法,尤其涉及一种网架单元拼装精度快速自动 化摄影测量方法,属于钢结构领域。
技术介绍
随着空间结构的不断应用和发展,钢网架结构因其受力合理、结构稳定、造型新 颖,已成为当今社会不可或缺的一种代表性屋面结构形式。同时,由于部分网架空间造型复 杂,对网架的拼装及安装精度提出了较高要求,相应对测量方案也提出较高要求。当前,基 于经炜仪、全站仪、激光跟踪仪GPS等构建的测量系统由于自身局限性与网架单元测量的 特殊要求,无法满足高精度快速测量的需求。
技术实现思路
本专利技术主要是解决现有技术中存在的不足,提供一种采用以数字摄影测量为技术 支撑的测量方案,对网架单元进行测量,数字摄影测量方法除具有测量速度快、实时,自动 化程度高;采用多测站,有较多的多余观测量,成果的可靠性高;可在恶劣环境中工作的一 种网架单元拼装精度快速自动化摄影测量方法。 本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的: -种网架单元拼装精度快速自动化摄影测量方法,按以下步骤进行: (一)、自动化摄影测量系统硬件操作方法: 自动化测量系统的硬件模块包括摄影测量单元系统、运载单元系统及人工标志; (1)、摄影测量单元系统包括相机、光源、无线传输设备、基准尺、滤光片、控制器, 主要用来图像采集; 1)、根据网架单元测量精度要求、测量效率要求与野外测量的实际情况,测量相机 选用Imperx工业测量相机,具有较好的通信接口、实现软件对相机的实时控制、较高的采 样频率,适用野外现场施工测量环境; 测量相机使用环形闪光LED灯作为测量光源,光效达50~200流明/瓦,可以实 现长亮和频闪两种功能;为保证相机的安全长时间使用,采用密闭小舱对相机进行密封; 2)、在基准尺上添加编码点用于识别基准尺,以达到自动识别,保证测量数据基准 与现实世界对应,本方案以一根基准尺的长度作为基准,计算另一个基准尺上对应点间的 距离,和基准长度做比较,来验证系统的绝对测量精度,其计算公式如下: (2)、运载单元系统是相机的搭载工具,通过PLC来控制相机按照指定轨迹稳定移 动,以便实现自动化测量; (3)、人工标志主要作为图像拼接点和测量点存在,摄影测量编码标志尽量均匀放 置在网架的边缘球节点周围位置,编码标志间距为800mm,保证每张图像能够尽可能多的 匹配到其余影像,摄影标志采用测量工装,放置在所测网架单元的上弦球节点法向中心孔 上; (二)、自动化摄影测量系统软件的操作方法: 自动化摄影测量系统的软件模块包括:摄影标志识别与高精度定位、编码标志识 另IJ、图像可靠性拼接匹配、自检校光束法平差三维数据解算; (1)、采用canny算子确定图像中摄影标志点的边缘;根据边缘信息,对图像中摄 影标志点进行判断识别;识别后,采用椭圆拟合法进行摄影标志的高精度定位,平面椭圆 的解析表达式为: Ax2+2Bxy+Cyz+2Dx+2Ey+l = 0 当边缘点数很多时可利用最小二乘椭圆拟合求得椭圆方程的系数A、B、C、D和E, 根据椭圆方程系数可计算出椭圆的5个参数,计算公式如下: 式中:(x。,y。)为拟合椭圆中心坐标,Θ为长半轴与图像坐标系X轴夹角;根据上 式得到的参数可以求出椭圆的长、短半轴PJP P 2,分别为: 为了抑制图像噪声的影响,提高定位精度,可对边界进行多次拟合,即第一次拟合 后,将每个边界点代入上式,计算残差,然后将残差较大的一部分点剔除,再对剩余的点进 行二次椭圆拟合,该过程可以重复若干次,直到均方差小于某一阈值为止,这样就自动化完 成了测量点在图像中识别与定位;; (2)、使用交比不变性特性,对基准尺上的编码点及用于图像匹配的编码点进行自 动化识别,模板点的设计坐标分别为:A (26, 26)、B (11,0)、C (0,0)、D (0,11)、E (11. 5,11. 5); A、E、C三点共线,将该直线与直线BD的交点F作为第4点,可以求得,在识别标志点后就可 用仿射变换,求取编码点;首先,由交比不变量找到5个模板点,利用这5个点的像点坐标 和设计坐标,通过最小二乘法可以求得仿射变换的6个参数;再反算其它3个编码点在设计 坐标系下的坐标,将它们与设计坐标比较,就可以恢复编码点的位置信息而得到点的数字 标识,从而进行解码,完成了编码标志的识别的自动化; (3)、编码标识识别完成后,使用基于多条核线约束的匹配方法,利用多张像片上 的核线约束来实现相应图像可靠性拼接匹配; (4)、匹配完成后,采用自检校光束法平差,通过LM分解算法解算各个特征点的三 维坐标,具体计算流程如下: 1)输入:参数向量被分解为m个相机参数和η个三维点参数b i,预计第i个点 投影到第j个图像的的函数Q,其中a jP b i为函数参数,测量的影像坐标X %,用于LM算 法的阻尼系数μ ; 2)输出:基于LM算法的光束法平差法方程解δ ; 3)算法实现: 计算派生矩阵, 误差向量,其中, 计算辅助参数:通过增加 μ 到%和V i得到U /和V Λ计算,从中计算δ a,其中S是由mXm块组成,块 其中S ]k是克罗内尔符号, 9 通过可以求解Sbl; (三)、自动化摄影测量系统数据分析的操作方法: 检测点三维坐标计算完成后,使用网架单元设计节点作为参考点集,测量数据为 目标点集,通过ICP算法,剔除测量数据中的多余点,直接得到需要进行计算的调整点,进 行下一步调整量计算; ICP方法的配准步骤如下,对给定两个三维点集Xl和X2 : 第一步,计算X2中的每一个点在Xl点集中的对应最近点; 第二步,求得使上述对应点对平均距离最小的刚体变换,求得平移参数和旋转 数; 第三步,对X2使用上一步求得的平移和旋转参数,得到新的变换点集; 第四步,如果新的变换点集与参考点集满足目标函数 的要求,即两点集的平均距离小于某一给定阈值,则停止迭代计算,否则新的变换 点集作为新的X2继续迭代,直到达到目标函数的要求; 调整计算以球面拟合为例:网架单元测量数据计算即网架单元球节点中心的球面 拟合,噪点剔除后,网架单元球节点中心测量值按最小二乘球面拟合,拟合方法为:设空间 一球面的球心坐标为(X ci, Zj,球半径R已知,则球面可表示为: (x-x0)2+ (y-y〇)2+ (Z-Z0)2 = R 2 上式展开可以得到 CN 105157564 A ^ 4/8 贝 由上式得到误差方程: 其法方程为: 上式中,η为观测点的个数,根据法方程,求出e、f、g、h后,即可得到球心坐标为当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种网架单元拼装精度快速自动化摄影测量方法,其特征在于按以下步骤进行:(一)、自动化摄影测量系统硬件操作方法:自动化测量系统的硬件模块包括摄影测量单元系统、运载单元系统及人工标志;(1)、摄影测量单元系统包括相机、光源、无线传输设备、基准尺、滤光片、控制器,主要用来图像采集;1)、根据网架单元测量精度要求、测量效率要求与野外测量的实际情况,测量相机选用Imperx工业测量相机,具有较好的通信接口、实现软件对相机的实时控制、较高的采样频率,适用野外现场施工测量环境;测量相机使用环形闪光LED灯作为测量光源,光效达50~200流明/瓦,可以实现长亮和频闪两种功能;为保证相机的安全长时间使用,采用密闭小舱对相机进行密封;2)、在基准尺上添加编码点用于识别基准尺,以达到自动识别,保证测量数据基准与现实世界对应,本方案以一根基准尺的长度作为基准,计算另一个基准尺上对应点间的距离,和基准长度做比较,来验证系统的绝对测量精度,其计算公式如下:(2)、运载单元系统是相机的搭载工具,通过PLC来控制相机按照指定轨迹稳定移动,以便实现自动化测量;(3)、人工标志主要作为图像拼接点和测量点存在,摄影测量编码标志尽 量均匀放置在网架的边缘球节点周围位置,编码标志间距为800mm,保证每张图像能够尽可能多的匹配到其余影像,摄影标志采用测量工装,放置在所测网架单元的上弦球节点法向中心孔上;(二)、自动化摄影测量系统软件的操作方法:自动化摄影测量系统的软件模块包括:摄影标志识别与高精度定位、编码标志识别、图像可靠性拼接匹配、自检校光束法平差三维数据解算;(1)、采用canny算子确定图像中摄影标志点的边缘;根据边缘信息,对图像中摄影标志点进行判断识别;识别后,采用椭圆拟合法进行摄影标志的高精度定位,平面椭圆的解析表达式为:Ax2+2 Bxy+Cy2+2 Dx+2 Ey+1=0当边缘点数很多时可利用最小二乘椭圆拟合求得椭圆方程的系数A、B、C、D和E,根据椭圆方程系数可计算出椭圆的5个参数,计算公式如下:式中:(x0,y0)为拟合椭圆中心坐标,θ为长半轴与图像坐标系x轴夹角;根据上式得到的参数可以求出椭圆的长、短半轴P1和P2,分别为:为了抑制图像噪声的影响,提高定位精度,可对边界进行多次拟合,即第一次拟合后,将每个边界点代入上式,计算残差,然后将残差较大的一部分点剔除,再对剩余的点进行二次椭圆拟合,该过程可以重复若干次,直到均方差小于某一阈值为止,这样就自动化完成了测量点在图像中识别与定位;;(2)、使用交比不变性特性,对基准尺上的编码点及用于图像匹配的编码点进行自动化识别,模板点的设计坐标分别为:A(26,26)、B(11,0)、C(0,0)、D(0,11)、E(11.5,11.5);A、E、C三点共线,将该直线与直线BD的交点F作为第4点,可以求得,在识别标志点后就可用仿射变换,求取编码点;首先,由交比不变量找到5个模板点,利用这5个点的像点坐标和设计坐标,通过最小二乘法可以求得仿射变换的6个参数;再反算其它3个编码点在设计坐标系下的坐标,将它们与设计坐标比较,就可以恢复编码点的位置信息而得到点的数字标识,从而进行解码,完成了编码标志的识别的自动化;(3)、编码标识识别完成后,使用基于多条核线约束的匹配方法,利用多张像片上的核线约束来实现相应图像可靠性拼接匹配;(4)、匹配完成后,采用自检校光束法平差,通过LM分解算法解算各个特征点的三维坐标,具体计算流程如下:1)输入:参数向量被分解为m个相机参数aj和n个三维点参数bi,预计第i个点投影到第j个图像的的函数Q,其中aj和bi为函数参数,测量的影像坐标xij,用于LM算法的阻尼系数μ;2)输出:基于LM算法的光束法平差法方程解δ;3)算法实现:计算派生矩阵,误差向量,其中,计算辅助参数:通过增加μ到Uj和Vi得到Uj*和Vi*,计算Yij=WijVi*_1,从中计算δa,其中S是由m×m块组成,块其中δjk是克罗内尔符号,通过可以求解δbi;(三)、自动化摄影测量系统数据分析的操作方法:检测点三维坐标计算完成后,使用网架单元设计节点作为参考点集,测量数据为目标点集,通过ICP算法,剔除测量数据中的多余点,直接得到需要进行计算的调整点,进行下一步调整量计算;ICP方法的配准步骤如下,对给定两个三维点集X1和X2:第一步,计算X2中的每一个点在X1点集中的对应最近点;第二步,求得使上述对应点对平均距离最小的刚体变换,求得平移参数和旋转数;第三步,对X2使用上一步求得的平移和旋转参数,得到新的变换点集;第四步,如果新的变换点集与参考点集满足目标函数的要求,即两点集的平均距离小于某一给定阈值,则停止迭代计算,否则新的变换点集作为新的X2继续迭代,直到达到目标函数的要求;调整计算以球面拟合为例:网架单元测量数据...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:周观根沈晓飞潘俊周烽炜李东鲍成波周元兴居小林朱树臣吴德胜
申请(专利权)人:浙江东南网架股份有限公司
类型:发明
国别省市:浙江;33

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