面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法技术

本发明专利技术所述面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，基于航拍倾斜摄影获得的二维图像数据进行三维地形模型的重建，以采取网格法进行土石方量计算，从而测量出较为准确的土石方体积，实现提高土石方测量的效率与精度、节约人工与时间成本的设计目的。包括有以下步骤：步骤A，选定待分析区域，计算得出待分析区域包围的面积；步骤B，构造待分析区域的最小包围矩形；步骤C，设置细分参数，对待分析区域进行网格细分并筛选；步骤D，计算每个有效网格的中心点与三维场景模型的表面交点；步骤E，计算每个有效网格所占体积，统计有效网格体积的和以得出土石方量。

Earth rock survey method for large scene tilt photography data

【技术实现步骤摘要】
面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法
本专利技术应用于复杂地形的土石方工程领域，具体地涉及一种基于航拍倾斜摄影建模方式进行土石方工程量测量的方法。
技术介绍
近年来，随着航拍数字摄影测量技术的快速发展，特别是各种无人机(固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机等)航拍技术越发成熟，在搭载多种传感器(三维激光扫描仪、多光谱成像仪、专业数码相机等)平台后能够提供更为丰富和多样的数字测量产品。土石方工作量测量是通过设计与原始场地进行对比，计算出场内设计标高面以上的、需要挖掘出的土石方量，以及设计标高面以下需要填入的土石方量，由此推算出计划运进、运出的土石方量。土石方测量和计算是工程项目中一项非常重要的内容，其所测量与计算出的结果直接关系到工程实际造价的大小，以及投资总额和资金分配等问题。如何在节省人工与时间成本的前提下，实现快速、准确地测量出实际土石方量，提高工程作业效率与精度，一直是本领域急需解决的课题难点。有鉴于此，特提出本专利申请。
技术实现思路
本专利技术所述面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，其目的在于解决上述现有技术存在的技术难点而基于航拍倾斜摄影获得的二维图像数据进行待分析区域三维地形模型的重建，以采取网格法进行土石方量计算与分析，从而测量出较为准确的土石方体积，实现提高土石方测量的效率与精度、节约人工与时间成本的设计目的。为实现上述设计目的，所述面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，主要包括有以下步骤：步骤A，选定待分析区域，利用航拍获取二维数字影像，计算得出待分析区域包围的面积；步骤B，构造待分析区域的最小包围矩形；步骤C，设置细分参数，对待分析区域进行网格细分，并对有效网格进行筛选；步骤D，计算每个有效网格的中心点与三维场景模型的表面交点，并获取中心点和交点之间的高度差；步骤E，计算每个有效网格所占体积，统计所有有效网格体积的和以得出待分析区域的土石方体积的近似值。如上述设计构思，本申请采取航拍手段获取二维数字影像，以快速地构建空间三维DEM模型。基于航拍大场景倾斜数据作为智能化测图的有效导入数据，改变了现有工程领域采用全站仪测量线路等传统的工程土石方量测量方式，省时省力省成本。进一步地，所述的步骤A中，待分析区域包围的面积采用细分三角形方法计算。所述的步骤B中，采用Graham算法计算待分析区域的凸包，基于凸包边与包围盒的关系求解得出二维最小轴向包围盒。所述的步骤C中，通过自定义细分参数的值，对包围盒进行网格划分；划分过程中，依据坐标点的关系提取出落在待分析区域内的网格坐标点。所述的步骤D和E中，求解过每个网格中点的法线与三维场景模型的交点，以交点和中点之间的距离作为体素网格的高求解每个细分网格的体素体积，累积所有体素网格的体积作为整个土石方分析区域的体积近似值。综上，本申请面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法具有的优点和有益效果是：1、能够根据不同的复杂地形实现精准测量，通过如无人机等航拍手段采集的数据基本不受地形的影响，且能重建出复杂的三维数字地形、同时又能保证较高的精度；2、通过航摄作业得到的待测区域倾斜摄影图像，能够实现像控点的空中布设，减轻了外业人员的工作量；3、实现不影响待分析区域植被覆盖等因素，测量过程中无需进行挖填，提高了测量和计算的效率与准确性；4、解决了现有土石方测量方法外出作业采集效率较低、测算精度较低的现状，本申请基于倾斜摄影测量技术能够快速获取现场数据，提高土石方测量效率，精度相对于传统测算方法较高，对工程的工期、投资和规划设计都有着重要的意义。附图说明图1是本申请所述测量方法的流程示意图；图2为待测量地形的三维数字展示图；图3为框选出待分析区域的图示；图4为多边形划分示意图；图5为网格化有效区域示意图；图6为计算结果展示出的土石方量示意图。具体实施方式下面结合附图和实施示例对本专利技术作进一步详细地描述，实施例部分是了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，本申请要求保护的范围并不局限于以下内容。如图1所示，本申请提出面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，该方法包括有以下步骤：步骤A，选定待分析区域，利用航拍获取二维数字影像，计算得出待分析区域包围的面积；步骤B，构造待分析区域的最小包围矩形；步骤C，设置细分参数，对待分析区域进行网格细分，并对有效网格进行筛选；步骤D，计算每个有效网格的中心点与三维场景模型的表面交点，并获取中心点和交点之间的高度差；步骤E，计算每个有效网格所占体积，统计所有有效网格体积的和以得出待分析区域的土石方体积的近似值。所述的步骤A中，首先，基于无人机对待测区域进行数据采集；在使用无人机对指定区域进行数据采集时，对同一个区域分别从5个不同的视角(1个垂直方向，东南西北4个倾斜方向)采集影像，通过无人机搭载的GPS-RTK定位传感器定位出无人机在天空中的实际高度和位置参数。设定无人机飞行的路径、航向重叠度为60％、旁向重叠度80％、设置默认飞行速度、相机角度为45度；然后，将获取的带有地理位置信息的图片导入到三维建模软件中重建三维数字模型；重建模型时，选择三维数字地形的输出格式为切片格式；最后，将重建好的数字模型进行可视化展示，并框选出待分析区域，如图2和图3所示。其中，待分析区域包围的面积采用细分三角形方法计算。将获取的图像数据传入到实景建模软件中，经过处理生成地形的点云数。在实景建模软件中设置像控点，可进一步地对点云数据结果进行矫正。随后，通过对比GPS-RTK设备测量结果，确定点云的精度；将经过对比和修正后的点云数据进行Delaunay三角化并最终构造出地形网格。所述的步骤B中，采用Graham算法计算待分析区域的凸包，基于凸包边与包围盒的关系求解得出二维最小轴向包围盒。如图4所示，所构建的多边形顶点是几何控制点；所述的步骤C中，通过自定义细分参数的值，对包围盒进行网格划分；划分过程中，依据坐标点的关系提取出落在待分析区域内的网格坐标点。具体地，提取框选区域多边形的控制点，将控制点首尾相连构造多边形区域的包围边界P，然后求解该多边形P所包围的底面面积S。计算过程如下：(1)顺次遍历P的所有控制点；(2)选择初始控制点A，并由控制点A向B做向量，构造向量AB；同时，由A向C构造向量AC；(3)根据向量内积的几何意义；则计三角形ABC的面积sABC＝AB·AC/2；(4)重复步骤(1)至(3)并依次构造三角形，求解所有三角形面积的和，以作为多边形P的面积S；求解出P的面积之后，定义网格化密度参数n，则每个体素网格的底面网格边长定义为；然后，求解P的二维凸包，基于凸包构造P的轴向最小包围矩形B；最后，以1为边长，对B划分网格，网格划分如图5所示。所述的步骤D和E本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，其特征在于：包括有以下步骤，/n步骤A，选定待分析区域，利用航拍获取二维数字影像，计算得出待分析区域包围的面积；/n步骤B，构造待分析区域的最小包围矩形；/n步骤C，设置细分参数，对待分析区域进行网格细分，并对有效网格进行筛选；/n步骤D，计算每个有效网格的中心点与三维场景模型的表面交点，并获取中心点和交点之间的高度差；/n步骤E，计算每个有效网格所占体积，统计所有有效网格体积的和以得出待分析区域的土石方体积的近似值。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，其特征在于：包括有以下步骤，
步骤A，选定待分析区域，利用航拍获取二维数字影像，计算得出待分析区域包围的面积；
步骤B，构造待分析区域的最小包围矩形；
步骤C，设置细分参数，对待分析区域进行网格细分，并对有效网格进行筛选；
步骤D，计算每个有效网格的中心点与三维场景模型的表面交点，并获取中心点和交点之间的高度差；
步骤E，计算每个有效网格所占体积，统计所有有效网格体积的和以得出待分析区域的土石方体积的近似值。


2.根据权利要求1所述的面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，其特征在于：所述的步骤A中，待分析区域包围的面积采用细分三角形方法计算。


3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜文祥，齐越，
申请(专利权)人：北京航空航天大学青岛研究院，
类型：发明
国别省市：山东;37