基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法技术

本发明专利技术公开了基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法，属于视觉测量技术领域，包括以下步骤：S10、所要测量的区域布设有一系列空间点位；S20、确定测量站位，将测量仪器安置在确定站位作为测站；S30、整平视觉测量仪器，对空间控制点拍摄第一张照片；S40、旋转水平转台或者垂直转台，再次进行摄影拍摄，直至拍摄完成；S50、对空间控制点的点位进行距离测量；S60、移至下一测站，重复步骤S10至S50；S70、将测站测量参数输入平差模型，得到测站的坐标和姿态、空间点位的坐标。本发明专利技术建立起仪器中心和被测点位之间的距离约束，和拍摄姿态下的角度约束，能够提高大范围区域的摄影测量精度。测量精度。测量精度。

【技术实现步骤摘要】
基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法


[0001]本专利技术属于视觉测量
，具体涉及一种带有转台和测距功能的视觉测量仪器基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法。

技术介绍

[0002]近景工业摄影测量系统是一种非接触测量，采用单相机或者多相机对被测物体拍摄一张或多张照片,利用被测物体在相机图像传感器上的成像信息，实现被测物体三维空间位置测量。相比传统的接触式测量具有测量效率高、操作人员少、站位选择灵活等明显优势。但该手段对于大范围的测量，尤其是长条状的加速器隧道控制网测量而言，精度与跟踪仪相比还有一定差距，其主要原因是缺少大尺度的空间约束。
[0003]因此，急需一种能够提高大范围区域的摄影测量精度的加速器隧道控制网测量方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种能够提高大范围区域的摄影测量精度的加速器隧道控制网测量方法，技术方案如下：
[0005]一种基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法，包括以下步骤：
[0006]S10、所要测量的区域布设有一系列需要测量的空间点位，这些点所在的坐标系称为物方空间坐标系；
[0007]S20、确定测量站位，将测量仪器安置在确定站位作为测站；
[0008]S30、整平视觉测量仪器，在测量站位对空间控制点拍摄第一张照片；拍摄完成后，将该测量位置作为该测量站位的初始测量位置；
[0009]S40、旋转水平转台或者垂直转台，再次对空间控制点进行摄影拍摄，同时记录转台的角度信息，直至所述测站的所有测量照片拍摄完成；
[0010]S50、对空间点位进行距离测量，以获得所述测量仪器的距离观测值；
[0011]S60、移动至下一测站，重复步骤S10至S50，再对空间点位进行距离和摄影测量相关工作；
[0012]S70、将同一测站测量得到的观测值和摄影测量参数输入同一测站不同测量照片上像点的平差模型；
[0013]所述平差模型适用于不同测站的观测数据，最终得到所有测站的坐标和姿态、空间点位的坐标。
[0014]进一步地，所述观测值包括摄影的像点坐标、距离观测值和不同照片间姿态偏差，其中，所述不同照片间姿态偏差为转台的角度观测值。
[0015]进一步地，照片上的像点坐标和物方空间坐标的关系表示如下：
[0016][0017]上式中像主点和对应像点之间的照片坐标系为o_xy，测量区域的物方坐标系是O_XYZ；其中，系数a1，a2，a3，b1b2，b3，c1,c2,c3为照片坐标系、像空间辅助坐标系、像空间坐标系和物方坐标系之间的转换关系矩阵，隐含着相机的外方外元素，包含测站位置参数和姿态参数；x0,y0为像主点在像片坐标系中的坐标，f为相机的焦距，统称为相机的内方位元素；x，y为对应的物方点在o_xy坐标系在像点坐标，即摄影测量中的观测值；X
s
，Y
s
，Z
s
测站中心在物方坐标系O_XYZ中的坐标，是测站的位置参数；X，Y，Z为测量点在O_XYZ坐标系中坐标。
[0018]进一步地，所述距离观测值的表示如下：
[0019][0020]其中，i、j是物方空间中的两个点，(X
i
,Y
i
,Z
i
)和(X
j
,Y
j
,Z
j
)是i、j两个点之间的空间坐标；i、j两个点之间的距离S
ij
可用上式表示，作为空间的距离尺度约束。
[0021]进一步地，所述站台角度观测值为同一测站其他照片i相对于初始照片1的姿态偏差可由转台读数获得，其中，转台参数可由下式计算获得：
[0022]Δθ
i1
＝θ
i
‑
θ1[0023]上式中的θ代表是同一测站不同照片在三个方向的姿态偏差。
[0024]进一步地，同一测站不同照片上，摄影的像点坐标、距离观测值和不同照片间姿态偏差的观测数据、测站坐标和空间测量点坐标的平差模型如下所示：
[0025][0026]其中，(x1，y1)是空间点位1在初始照片上的像点坐标1，(x2，y2)空间点位2在该测站照片2上面的像点坐标2；(ΔX1,ΔY1,ΔZ1)和(ΔX2,ΔY2,ΔZ2)是物方点位1和物方点位2空间坐标的待估参数，ΔX
s1
，ΔY
s1
，ΔZ
s1
，Δw1，Δk1为初始照片的外方位元素的待估参数，
△
w2，
△
k2为照片2姿态的待估参数，照片2的位置参数与初始照片一致；v
x1
，v
y1
，v
x2
，v
y2
是像点1和像点2观测值的改正数，l
x1
，l
y1
，l
x2
，l
y2
是像点观测值和近似值的差值；分别是空间点位1、空间点位2与测站S1距离观测值的改正数，是距离实测值和近似值的差值；是距离实测值和近似值的差值；是照片间姿态偏差观测值的改正数；是照片间姿态偏差的实测值减去近似值；
[0027]第(1)式表示的是像点(x1，y1)的平差公式；第(2)式表示的是像点(x2，y2)的平差公式；第(3)式物方点(X1,Y1,Z1)与测站中心的距离观测值平差模型；第(4)式是物方点(X2,Y2,Z2)与测站中心的距离观测值平差模型；式(5)、(6)和(7)是初始照片和其他照片的姿态参数关系；其中，式(3)、(4)、(5)、(6)和(7)是对摄影测量空间大尺度的角度和距离约束条件，该测站上的初始照片和其他照片上的像点平差模型和上面所示的类似。
[0028]进一步地，同一个测站的不同的照片的6个外方位元素具有相同的位置姿态，而具有不同的角度姿态。
[0029]进一步地，在步骤S10之前，将所述测量仪器通过三角基座安装在仪器支架上，并对所述测量仪器调整水平。
[0030]进一步地，在步骤S40中，所述仪器支架的位置保持不变。
[0031]进一步地，所述测量仪器包括测距模块、视觉测量模块、垂直转台和水平转台，所述垂直转台与所述水平转台转动连接；所述视觉测量模块与所述垂直转台转动连接；所述测距模块与所述视觉测量模块连接。
[0032]有益效果：
[0033]本专利技术提供的一种基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法，建立起仪器中心和被测点位之间的距离约束，以及拍摄姿态下的角度约束，能够提高大范围区域的摄影测量精度。
附图说明
[0034]图1为本专利技术提供的一种基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法流程图；
[0035]图2为测量仪器的整体结构示意图；
[0036]其中，10、水平转台；20、视觉测量模块；30、垂直转台；40、测距模块。
具体实施方式...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、所要测量的区域布设有一系列需要测量的空间点位，这些点所在的坐标系称为物方空间坐标系；S20、确定测量站位，将测量仪器安置在确定站位作为测站；S30、整平视觉测量仪器，在测量站位对空间控制点拍摄第一张照片；拍摄完成后，将该测量位置作为该测量站位的初始测量位置；S40、旋转水平转台或者垂直转台，再次对空间控制点进行摄影拍摄，同时记录转台的角度信息，直至所述测站的所有测量照片拍摄完成；S50、对空间点位进行距离测量，以获得所述测量仪器的距离观测值；S60、移动至下一测站，重复步骤S10至S50，再对空间点位进行距离和摄影测量相关工作；S70、同一测站测量得到的观测值和摄影测量参数输入同一测站不同测量照片上像点的平差模型；所述平差模型适用于不同测站的观测数据，最终得到所有测站的坐标和姿态、空间点位的坐标。2.根据权利要求1所述的基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法，其特征在于，所述观测值包括摄影的像点坐标、距离观测值和不同照片间姿态偏差，其中，所述不同照片间姿态偏差为转台的角度观测值。3.根据权利要求2所述的基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法，其特征在于，照片上的像点坐标和物方空间坐标的关系表示如下：上式中像主点和对应像点之间的照片坐标系为o_xy，测量区域的物方坐标系是O_XYZ；其中，系数a1，a2，a3，b1b2，b3，c1,c2,c3为照片坐标系、像空间辅助坐标系、像空间坐标系和物方坐标系之间的转换关系矩阵，隐含着相机的外方外元素，包含测站位置参数和姿态参数；x0,y0为像主点在像片坐标系中的坐标，f为相机的焦距，统称为相机的内方位元素；x，y为对应的物方点在o_xy坐标系在像点坐标，即摄影测量中的观测值；X
s
，Y
s
，Z
s
测站中心在物方坐标系O_XYZ中的坐标，是测站的位置参数；X，Y，Z为测量点在O_XYZ坐标系中坐标。4.根据权利要求3所述的基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法，其特征在于，所述距离观测值的表示如下：其中，i、j是物方空间中的两个点，(X
i
,Y
i
,Z
i
)和(X
j
,Y
j
,Z
j
)是i、j两个点之间的空间坐标；i、j两个点之间的距离S
ij
可用上式表示，作为空间的距离尺度约束。5.根据权利要求4所述的基于测站和控制点间附加大尺度约束的视觉测量平差方法，其特征在于，所述站台角度观测值为同一测站其他照片i相对于初始照片1的姿态偏差可由
转台读数获得，其中，转台参数可由下式计算获得：Δθ
i1
＝θ
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马娜，罗涛，王铜，梁静，王小龙，李波，董岚，门玲鸰，柯志勇，何振强，卢尚，韩圆颖，闫路平，张露彦，刘晓阳，闫皓月，张晓辉，沈建新，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：