計算，否則新的變換 點集作為新的X2繼續(xù)迭代，直到達(dá)到目標(biāo)函數(shù)的要求；
[0111] 調(diào)整計算以球面擬合為例：網(wǎng)架單元測量數(shù)據(jù)計算即網(wǎng)架單元球節(jié)點中心的球面 擬合，噪點剔除后，網(wǎng)架單元球節(jié)點中心測量值按最小二乘球面擬合，擬合方法為：設(shè)空間 一球面的球心坐標(biāo)為（Xci, Zj，球半徑R已知，則球面可表示為：
[0112] (x-x0)2+ (y-y〇)2+ (Z-Z0)2 = R 2
[0113] 上式展開可以得到
[0114]
[0115] 由上式得到誤差方程：
[0116]
[0117] 其法方程為：
[0118]
[0119] 上式中，η為觀測點的個數(shù)，
[0120]
根據(jù)法方程，求出e、f、g、h后，即可得到球心坐標(biāo)為
[0121] 背架單元上弦球測量點的球心坐標(biāo)確定后，可以計算其它點距球心的距離r1:
[0122]
[0123] 最終測量成果為每個測量點的法向誤差為：
[0124]
[0125] 規(guī)定指向球心為正，背向球心為負(fù)，根據(jù)測量結(jié)果可對網(wǎng)架拼裝精度進(jìn)行調(diào)整。
【主權(quán)項】
1. 一種網(wǎng)架單元拼裝精度快速自動化攝影測量方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行： (一） 、自動化攝影測量系統(tǒng)硬件操作方法： 自動化測量系統(tǒng)的硬件模塊包括攝影測量單元系統(tǒng)、運載單元系統(tǒng)及人工標(biāo)志； (1) 、攝影測量單元系統(tǒng)包括相機(jī)、光源、無線傳輸設(shè)備、基準(zhǔn)尺、濾光片、控制器，主要 用來圖像采集； 1) 、根據(jù)網(wǎng)架單元測量精度要求、測量效率要求與野外測量的實際情況，測量相機(jī)選用 Imperx工業(yè)測量相機(jī)，具有較好的通信接口、實現(xiàn)軟件對相機(jī)的實時控制、較高的采樣頻 率，適用野外現(xiàn)場施工測量環(huán)境； 測量相機(jī)使用環(huán)形閃光LED燈作為測量光源，光效達(dá)50~200流明/瓦，可以實現(xiàn)長 亮和頻閃兩種功能；為保證相機(jī)的安全長時間使用，采用密閉小艙對相機(jī)進(jìn)行密封； 2) 、在基準(zhǔn)尺上添加編碼點用于識別基準(zhǔn)尺，以達(dá)到自動識別，保證測量數(shù)據(jù)基準(zhǔn)與現(xiàn) 實世界對應(yīng)，本方案以一根基準(zhǔn)尺的長度作為基準(zhǔn)，計算另一個基準(zhǔn)尺上對應(yīng)點間的距離， 和基準(zhǔn)長度做比較，來驗證系統(tǒng)的絕對測量精度，其計算公式如下：(2) 、運載單元系統(tǒng)是相機(jī)的搭載工具，通過PLC來控制相機(jī)按照指定軌跡穩(wěn)定移動， 以便實現(xiàn)自動化測量； (3) 、人工標(biāo)志主要作為圖像拼接點和測量點存在，攝影測量編碼標(biāo)志盡量均勻放置 在網(wǎng)架的邊緣球節(jié)點周圍位置，編碼標(biāo)志間距為800mm，保證每張圖像能夠盡可能多的匹配 到其余影像，攝影標(biāo)志采用測量工裝，放置在所測網(wǎng)架單元的上弦球節(jié)點法向中心孔上； (二） 、自動化攝影測量系統(tǒng)軟件的操作方法： 自動化攝影測量系統(tǒng)的軟件模塊包括：攝影標(biāo)志識別與高精度定位、編碼標(biāo)志識別、圖 像可靠性拼接匹配、自檢校光束法平差三維數(shù)據(jù)解算； (1)、采用canny算子確定圖像中攝影標(biāo)志點的邊緣；根據(jù)邊緣信息，對圖像中攝影標(biāo) 志點進(jìn)行判斷識別；識別后，采用橢圓擬合法進(jìn)行攝影標(biāo)志的高精度定位，平面橢圓的解析 表達(dá)式為： Ax2+2 Bxy+Cy2+2 Dx+2 Ey+1 = 0 當(dāng)邊緣點數(shù)很多時可利用最小二乘橢圓擬合求得橢圓方程的系數(shù)A、B、C、D和E，根據(jù) 橢圓方程系數(shù)可計算出橢圓的5個參數(shù)，計算公式如下：式中：(x。，y。）為擬合橢圓中心坐標(biāo)，Θ為長半軸與圖像坐標(biāo)系X軸夾角；根據(jù)上式得 到的參數(shù)可以求出橢圓的長、短半軸PJP P 2，分別為： LziN 丄 UD 丄 DiDOiI Λ ·* * L·/ o為了抑制圖像噪聲的影響，提高定位精度，可對邊界進(jìn)行多次擬合，即第一次擬合后， 將每個邊界點代入上式，計算殘差，然后將殘差較大的一部分點剔除，再對剩余的點進(jìn)行二 次橢圓擬合，該過程可以重復(fù)若干次，直到均方差小于某一閾值為止，這樣就自動化完成了 測量點在圖像中識別與定位；； (2) 、使用交比不變性特性，對基準(zhǔn)尺上的編碼點及用于圖像匹配的編碼點進(jìn)行自動化 識別，模板點的設(shè)計坐標(biāo)分別為：A(26, 26)、B (11，0)、C(0,0)、D (0,11)、E (11. 5,11. 5) ;A、 E、C三點共線，將該直線與直線BD的交點F作為第4點，可以求得，在識別標(biāo)志點后就可用 仿射變換，求取編碼點；首先，由交比不變量找到5個模板點，利用這5個點的像點坐標(biāo)和設(shè) 計坐標(biāo)，通過最小二乘法可以求得仿射變換的6個參數(shù)；再反算其它3個編碼點在設(shè)計坐標(biāo) 系下的坐標(biāo)，將它們與設(shè)計坐標(biāo)比較，就可以恢復(fù)編碼點的位置信息而得到點的數(shù)字標(biāo)識， 從而進(jìn)行解碼，完成了編碼標(biāo)志的識別的自動化； (3) 、編碼標(biāo)識識別完成后，使用基于多條核線約束的匹配方法，利用多張像片上的核 線約束來實現(xiàn)相應(yīng)圖像可靠性拼接匹配； (4) 、匹配完成后，采用自檢校光束法平差，通過LM分解算法解算各個特征點的三維坐 標(biāo)，具體計算流程如下： 1) 輸入：參數(shù)向量被分解為m個相機(jī)參數(shù)&]和η個三維點參數(shù)b i，預(yù)計第i個點投影 到第j個圖像的%的函數(shù)Q，其中a#P b i為函數(shù)參數(shù)，測量的影像坐標(biāo)X ^，用于LM算法的 阻尼系數(shù)μ ; 2) 輸出：基于LM算法的光束法平差法方程解δ ; 3) 算法實現(xiàn)： 計算派生矩陣，誤差向量，其中， 計算輔助參數(shù)：W通過增加 μ 到％和V i得到U /和V Λ計算Ylj= W W*-1，從中計算δ a，其中S是由mXm塊組成，塊其中S ]k是克羅內(nèi)爾符號，通i3丨可以求解Sbl; (三）、自動化攝影測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的操作方法： 檢測點三維坐標(biāo)計算完成后，使用網(wǎng)架單元設(shè)計節(jié)點作為參考點集，測量數(shù)據(jù)為目標(biāo) 點集，通過ICP算法，剔除測量數(shù)據(jù)中的多余點，直接得到需要進(jìn)行計算的調(diào)整點，進(jìn)行下 一步調(diào)整量計算； ICP方法的配準(zhǔn)步驟如下，對給定兩個三維點集Xl和X2 : 第一步，計算X2中的每一個點在Xl點集中的對應(yīng)最近點； 第二步，求得使上述對應(yīng)點對平均距離最小的剛體變換，求得平移參數(shù)和旋轉(zhuǎn)數(shù)； 第三步，對X2使用上一步求得的平移和旋轉(zhuǎn)參數(shù)，得到新的變換點集； 第四步，如果新的變換點集與參考點集滿足目標(biāo)函數(shù) 的要求，即兩點集的平均距離小于某一給定閾值，則停止迭代計算，否則新的變換點集 作為新的X2繼續(xù)迭代，直到達(dá)到目標(biāo)函數(shù)的要求； 調(diào)整計算以球面擬合為例：網(wǎng)架單元測量數(shù)據(jù)計算即網(wǎng)架單元球節(jié)點中心的球面擬 合，噪點剔除后，網(wǎng)架單元球節(jié)點中心測量值按最小二乘球面擬合，擬合方法為：設(shè)空間一 球面的球心坐標(biāo)為（Xci，zj，球半徑R已知，則球面可表示為： (X-X0)2+ (y-y〇)2+ (Z-Z0)2= R2 上式展開可以得到 令e = 2xu、f = 2? g = 2zo、h = R2 - X: - y: - zf 由上式得到誤差方程： 其法方程為：上式中，η為觀測點的個數(shù)，根據(jù)法方程，求出e、f、g、h后，即可得到球心坐標(biāo)為 背架單元上弦球測量點的球心坐標(biāo)確定后，可以計算其它點距球心的距離r1:最終測量成果為每個測量點的法向誤差為： 規(guī)定指向球心為正，背向球心為負(fù)，根據(jù)測量結(jié)果可對網(wǎng)架拼裝精度進(jìn)行調(diào)整。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自動化攝影測量方法，尤其涉及一種網(wǎng)架單元拼裝精度快速自動化攝影測量方法，屬于鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。按以下步驟進(jìn)行：自動化攝影測量系統(tǒng)硬件操作方法→自動化攝影測量系統(tǒng)軟件的操作方法→自動化攝影測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的操作方法。一種網(wǎng)架單元拼裝精度快速自動化攝影測量方法，操作方法科學(xué)合理，精確度較高，同時適用范圍較廣。
【IPC分類】G01B11/00, G01B21/00
【公開號】CN105157564
【申請?zhí)枴緾N201510227488
【發(fā)明人】周觀根, 沈曉飛, 潘俊, 周烽煒, 李 東, 鮑成波, 周元興, 居小林, 朱樹臣, 吳德勝
【申請人】浙江東南網(wǎng)架股份有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年5月6日