【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机，特别涉及一种地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置及测量方法。
技术介绍
1、随着城市的开发和建设，盾构法施工已经成为了市政工程建设中常用的一种施工工法，盾构机施工过程中需要对地表沉降情况进行测量，测量结果指导现场施工，确保工程安全，同时也是预测隧道沉降的重要依据。常见地表沉降监测方法有人工精密水准、自动化传感器测量、gps测量和雷达及insar/dinsar(干涉雷达/雷达差分干涉)测量。
2、1、人工精密水准
3、人工精密水准是使用光学或电子水准仪，逐点进行测量的方法。优点：精度高、成熟、稳定。缺点：效率不高，获取监测数据的时间很长，需要花费大量人力、实时性差、数据滞后、数据不够全面，而且通常用单点来代表大面积区域的沉降情况等。
4、2、自动化传感器测量
5、自动化传感器测量通过在指定区域布设自动化传感器，监测地面情况。优点：精度高、成熟、稳定。缺点：地面埋设复杂(需要钻孔开槽)、价格较高、监测区域前移的工作量巨大、数据不够全面。
6、3、gps测量
7、gps测量是以若干台的gps接收机来跟踪gps卫星信号，就所观测的载波相位观测的数值，使用求差的方法，从而得出各个观测站之间的基线向量也就是坐标差。优点：维护简易、成熟、稳定。缺点：设备造价高、地面埋设复杂(需要钻孔开槽)、监测区域前移的工作量巨大，数据精度一般、数据不够全面。
8、4、雷达及insar/dinsar测量
9、雷达测量就是利用电磁波遇到障碍物要
10、上述沉降监测方法大部分都具有效率不高、工作量大、数据不够全面，等问题，为了解决上述问题，提出了如下改进方案：
11、5、基于固定架设的单目视觉沉降监测
12、修建固定的相机观测墩，相机架设于观测墩上，在被监测的物体或设备表面上安装监测靶标，靶标可以为反光靶标，也可以为发光靶标，通过分析靶标在图像中的变化来监测物体的沉降。优点：算法简单，测量效率较高，在获得监测数据的同时获得图像或视频数据。缺点：只能做二维监测，缺少纵深方向数据；若重新安装或基础变更，无法恢复到最初的基准数据；固定加站，需要布设电缆。
13、6、基于无人机倾斜摄影测沉降监测
14、利用倾斜摄影测量技术获取塌陷地表各角度影像，通过空中三角测量以及像控点的测量，建立具备空间信息的沉陷区实景三维模型和正射影像，利用实景三维模型进行地面点数据采集，通过对不同时间的相同位置的地面点数据做差获取下沉值进行沉陷监测。优点：易于操作，同传统沉降监测方法相比，监测范围广，作业效率高，能到沉降区域所有三维数据，所得监测结果更加全面。缺点：测量精度为厘米级，只能满足部分精度要求较低的监测场景；数据处理周期较长；数据量大，提取监测点数据和进行沉降计算比较繁琐。
15、上述改进方案均借助了视觉监测技术，虽然在一定程度上提高了作业效率，但是测量精度不够，仅适用于部分精度要求较低的监测场景。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置及测量方法，能够快速实施大范围的沉降监测，实现跟随施工地表沉降监测，自动化程度高、测量精度高，部署方便，利于针对工程地面沉降监测项目推广。
2、本专利技术通过如下方案实现，一种地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置，包括：
3、用于对地面沉降监测区域进行拍摄的工业相机；
4、用于带动所述工业相机按照规划航线在地面沉降监测区域上方移动的无人机，所述无人机上设有供所述工业相机安装的云台；
5、标志组件，包括布设在地面沉降监测区域内沉降监测点处的沉降点标志、布设在地面沉降监测区域内的拼接点标志、以及布设在地面沉降监测区域周边稳定位置的控制点标志，所述沉降点标志、所述拼接点标志和所述控制点标志均为定向反光标志；
6、用于根据不同照片下相同定向反光标志的像坐标之间的关系将各照片拼接整合成地面沉降监测区域完整图像的图像处理模块，与所述工业相机建立数据连接；
7、用于根据所述地面沉降监测区域完整图像的像坐标系与以控制点标志的实际位置确定的物方坐标系的转换关系、计算出各沉降点标志在所述物方坐标系下的实际坐标、进而根据不同时期各实际坐标的变化得出相应沉降量的沉降量计算模块，与所述图像处理模块建立数据连接。
8、本专利技术地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置的进一步改进在于，所述工业相机拍摄的照片均为二值图像。
9、本专利技术地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置的进一步改进在于，所述图像处理模块包括：
10、用于从各照片中提取出定向反光标志的图像中心坐标的提取单元；
11、用于根据每张照片中提取出的图像中心坐标计算出拍摄相应照片时工业相机的位姿的测站定向单元；
12、用于根据每相邻两张照片的工业相机的位姿和对应拼接点标志的图像中心坐标对每相邻两张照片进行图像拼接、以生成所述地面沉降监测区域完整图像的图像拼接单元。
13、本专利技术地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置的进一步改进在于，规划的航线满足相邻照片具有60％以上的重叠率，且所述拼接点标志的布设满足相邻照片重叠区域内至少覆盖有四个拼接点标志。
14、本专利技术地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置的进一步改进在于，各拼接点标志分别由若干个定向反光靶标基于预先设定的编码规则排列而成。
15、本专利技术地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置的进一步改进在于，所述地面沉降监测区域为盾构施工地面，所述盾构施工地面沿施工轴线间隔设置有多道断面线，所述施工轴线上间隔布设有多个沉降监测点，且每道所述断面线上间隔布设有多个沉降监测点，所述沉降点标志的数量与所述沉降监测点的数量相同，且一一对应地预埋于多个所述沉降监测点处。
16、本专利技术地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置的进一步改进在于，还包括用于计算所述工业相机的系统误差、以对所述地面沉降监测区域完整图像的像坐标系与所述物方坐标系的转换关系进行修正的数据修正模块，所述数据修正模块连接于所述图像处理模块和所述沉降量计算模块之间。
17、本专利技术还提供了一种地面沉降高精度无人机近景摄影测量方法，利用如上任一项所述的地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置进行测量，所述测量方法包括步骤：
18、步骤s1、根据地面沉降监测区域和工业相机的单张照片拍摄范围来规划无人机航线，设计标志组件的布设方案，按照所述布设方案布设各沉降点标志、控制点标志和拼接点标志；
19、步骤s2、在进行测量时，利用所述无人机带动所述工业相机按照所述航线进行移动，且在移动的过程中利用所述工业相机对地面沉降监测区域进行分区拍摄，并保证相邻拍摄区具有60％以上的重叠率，且重叠区域覆盖本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置，其特征在于，所述工业相机拍摄的照片均为二值图像。
3.如权利要求1所述的地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置，其特征在于，所述图像处理模块包括：
4.如权利要求1所述的地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置，其特征在于，规划的航线满足相邻照片具有60％以上的重叠率，且所述拼接点标志的布设满足相邻照片重叠区域内至少覆盖有四个拼接点标志。
5.如权利要求1所述的地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置，其特征在于，各拼接点标志分别由若干个定向反光靶标基于预先设定的编码规则排列而成。
6.如权利要求1所述的地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置，其特征在于，所述地面沉降监测区域为盾构施工地面，所述盾构施工地面沿施工轴线间隔设置有多道断面线，所述施工轴线上间隔布设有多个沉降监测点，且每道所述断面线上间隔布设有多个沉降监测点，所述沉降点标志的数量与所述沉降监测点的数量相同，且一一对应地预埋于多个所述沉降监测点处。<...
【技术特征摘要】
1.一种地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置，其特征在于，所述工业相机拍摄的照片均为二值图像。
3.如权利要求1所述的地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置，其特征在于，所述图像处理模块包括：
4.如权利要求1所述的地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置，其特征在于，规划的航线满足相邻照片具有60％以上的重叠率，且所述拼接点标志的布设满足相邻照片重叠区域内至少覆盖有四个拼接点标志。
5.如权利要求1所述的地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置，其特征在于，各拼接点标志分别由若干个定向反光靶标基于预先设定的编码规则排列而成。
6.如权利要求1所述的地面沉降高精度无人机近景摄影测量装置，其特征在于，所述地面沉降监测区域为盾构施工地面，所述盾构施工地面沿施工轴线间隔设置有多道断面线...
【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，李程，麻逸山，费寅，陈刚，盛荣，唐子淇，王伊，王志杰，董鹏，李钦，郑洁，姜乐，
申请(专利权)人：上海隧道工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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