本發(fā)明涉及一種根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)地質(zhì)建模、模擬和分析的方法，特別涉及一種編錄野外地質(zhì)影像的地質(zhì)標(biāo)記解譯建模方法。
背景技術(shù)：
對(duì)地質(zhì)信息的編錄一直以來(lái)是工程地質(zhì)野外測(cè)繪工作的重要內(nèi)容，是工程建設(shè)場(chǎng)地的地質(zhì)情況的重要分析與評(píng)價(jià)依據(jù)。傳統(tǒng)的編錄手段主要依靠現(xiàn)場(chǎng)建立局部坐標(biāo)進(jìn)行地質(zhì)信息的手工素描標(biāo)記信息，隨著科技的發(fā)展，這種記錄地質(zhì)信息的方式已逐漸不能滿足人們對(duì)效率以及準(zhǔn)確度的要求。與此同時(shí)，攝影地質(zhì)編錄已越來(lái)越成為倍受關(guān)注的地質(zhì)編錄方法。
李浩[1]等人基于普通數(shù)碼相機(jī)的數(shù)據(jù)采集及編錄系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理所獲得的工程地質(zhì)編錄成果，證明了數(shù)字?jǐn)z影地質(zhì)編錄技術(shù)路線的可行性。王鳳艷[2]等人在數(shù)字近景攝影測(cè)量測(cè)取結(jié)構(gòu)面空間坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用立體幾何、方位概念和投影變換理論，提出并建立了基于空間坐標(biāo)的結(jié)構(gòu)面跡線三維模型、任一投影展示面的跡線二維模型和詳細(xì)判據(jù)的產(chǎn)狀解算模型。舒彬[3]等人發(fā)明了一種地質(zhì)影像處理裝置以解決現(xiàn)有技術(shù)中的地質(zhì)影像處理中難以獲得較大范圍的地面圖像的問(wèn)題。于濤[4]等人發(fā)明了一種在衛(wèi)星圖像中標(biāo)記頁(yè)巖層的方法，解決了僅憑人為經(jīng)驗(yàn)對(duì)頁(yè)巖層進(jìn)行尋找所導(dǎo)致的準(zhǔn)確性較低的技術(shù)問(wèn)題。
然而，對(duì)于大多數(shù)的理論成果及發(fā)明而言，都很少將重點(diǎn)放在野外環(huán)境中去討論。現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)繪和編錄工作需要在保證精確的前提下盡可能的提高效率。現(xiàn)有的數(shù)字影像編錄手段并不能快速地分析提取作業(yè)面上的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。因此，基于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種編錄野外地質(zhì)影像的地質(zhì)標(biāo)記解譯建模方法。
參考文獻(xiàn)：
[1]李浩,張友靜,華錫生,楊彪.硐室數(shù)字?jǐn)z影地質(zhì)編錄及其基本算法研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2004,29(9),805-808.
[2]王鳳艷,陳劍平,楊國(guó)東,孫豐月,姜琦剛.基于數(shù)字近景攝影測(cè)量的巖體結(jié)構(gòu)面幾何信息解算模型[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(地球科學(xué)版),2012,42(6),1839-1846.
[3]舒彬,張凱,陳凱,李叢云,王友軍,任志善,周靜雷.地質(zhì)影像的處理方法及裝置[P].發(fā)明專利ZL201110412529.0,2011.
[4]于濤,孟淑英,吳查查,郭曉波,趙磊.在衛(wèi)星圖像中標(biāo)記頁(yè)巖層的方法和裝置[P].發(fā)明專利ZL20130677049.1,2013.
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提出一種編錄野外地質(zhì)影像的地質(zhì)標(biāo)記解譯建模方法，用以根據(jù)野外地質(zhì)勘測(cè)獲得的地質(zhì)影像信息和人工標(biāo)記進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理、快速重構(gòu)影像標(biāo)記所反映的地質(zhì)模型。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是：
一種編錄野外地質(zhì)影像的地質(zhì)標(biāo)記解譯建模方法，包括以下步驟：
步驟A、對(duì)欲進(jìn)行地質(zhì)編錄的區(qū)域進(jìn)行定位，并設(shè)置控制點(diǎn)；
步驟B、選取拍攝角度，采用便攜式數(shù)碼影像采集設(shè)備獲取欲編錄區(qū)域的地質(zhì)影像；
步驟C、在地質(zhì)影像上標(biāo)記出所設(shè)定的控制點(diǎn)，記錄該點(diǎn)的影像像素坐標(biāo)，并與其大地坐標(biāo)相匹配；
步驟D、根據(jù)控制點(diǎn)的大地坐標(biāo)和像素坐標(biāo)，演算生成大地坐標(biāo)與像素坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換校正模型；
步驟E、根據(jù)步驟B所獲取的地質(zhì)影像，在相應(yīng)的影像區(qū)域上繪制地質(zhì)標(biāo)記線，并記錄標(biāo)記線所對(duì)應(yīng)的地質(zhì)信息；
步驟F、讀取地質(zhì)標(biāo)記線的像素坐標(biāo)，由步驟D所獲得的轉(zhuǎn)換校正模型，計(jì)算獲得地質(zhì)標(biāo)記線的大地坐標(biāo)，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的地質(zhì)信息，延展形成具有大地坐標(biāo)的地質(zhì)模型面。
作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟A中所述欲進(jìn)行地質(zhì)編錄的區(qū)域，是能夠以平面或近似平面的方式記錄地質(zhì)信息和特征的地質(zhì)區(qū)域，包括：邊坡、洞室壁、地基面。
作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟A中的控制點(diǎn)，是地質(zhì)工作者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探信息，人為標(biāo)定的具有明顯標(biāo)識(shí)意義的點(diǎn)位；控制點(diǎn)的大地坐標(biāo)信息可通過(guò)GPS、RTK測(cè)量手段獲得。
作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟C中的影像像素坐標(biāo)，是地質(zhì)控制點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)在影像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。
作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟D的轉(zhuǎn)換校正模型，是地質(zhì)影像所表征的像素坐標(biāo)系和地質(zhì)空間所對(duì)應(yīng)的大地坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系。
作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟D具體包括：
步驟D1：獲取每個(gè)控制點(diǎn)的像素坐標(biāo)和其對(duì)應(yīng)的大地坐標(biāo)，每張地質(zhì)影像的控制點(diǎn)數(shù)目至少為3；
步驟D2：針對(duì)每個(gè)控制點(diǎn)，分別構(gòu)造三個(gè)三階向量，每個(gè)向量的前兩個(gè)分量為該控制點(diǎn)的像素坐標(biāo)的橫縱坐標(biāo)值，第三個(gè)分量分別為該控制點(diǎn)的大地坐標(biāo)的三個(gè)坐標(biāo)值，并以此區(qū)分該向量校正類型；若有n個(gè)控制點(diǎn)(n≥3)，可構(gòu)造3n個(gè)三階向量；
步驟D3：將所有校正類型相同的三階向量的前兩個(gè)分量作為自變量，將第三個(gè)分量作為因變量，采用最小二乘逼近插值法，構(gòu)建二維插值模型；三種校正類型，共可構(gòu)造三個(gè)二維插值模型。
作為進(jìn)一步優(yōu)化，步驟F中的地質(zhì)標(biāo)記線的大地坐標(biāo)，是由地質(zhì)標(biāo)記線的像素坐標(biāo)，分別利用步驟D3所獲得的三個(gè)二維插值模型計(jì)算獲得的。
本發(fā)明的有益效果是：
利用野外現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)面影像和人工標(biāo)記地質(zhì)信息，該方法能夠在野外現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)相應(yīng)校正控制手段實(shí)時(shí)快速地對(duì)作業(yè)面上的地質(zhì)標(biāo)記信息進(jìn)行解譯分析，并實(shí)時(shí)生成作業(yè)面上的三維地質(zhì)模型。
附圖說(shuō)明
圖1為編錄野外地質(zhì)影像的地質(zhì)標(biāo)記解譯建模方法流程圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明旨在提出一種編錄野外地質(zhì)影像的地質(zhì)標(biāo)記解譯建模方法，用以根據(jù)野外地質(zhì)勘測(cè)獲得的地質(zhì)影像信息和人工標(biāo)記進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理、重構(gòu)影像標(biāo)記所反映的地質(zhì)模型，用于地質(zhì)建模、模擬和分析的系統(tǒng)。
如圖1所示，本發(fā)明中的編錄野外地質(zhì)影像的地質(zhì)標(biāo)記解譯建模方法包括以下步驟：
步驟A、對(duì)欲進(jìn)行地質(zhì)編錄的區(qū)域進(jìn)行定位，并設(shè)置若干控制點(diǎn)；
步驟B、選取合適的拍攝角度，采用便攜式數(shù)碼影像采集設(shè)備，獲取欲編錄區(qū)域的地質(zhì)影像；
步驟C、在地質(zhì)影像上標(biāo)記出步驟A所設(shè)定的控制點(diǎn)，記錄該點(diǎn)的影像像素坐標(biāo)，并與其大地坐標(biāo)相匹配；
步驟D、根據(jù)控制點(diǎn)的大地坐標(biāo)和像素坐標(biāo)，演算生成大地坐標(biāo)與像素坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換校正模型；
步驟E、地質(zhì)工作者根據(jù)步驟B所獲取的地質(zhì)影像，在相應(yīng)的影像區(qū)域上繪制地質(zhì)標(biāo)記線，并記錄標(biāo)記線所對(duì)應(yīng)的地質(zhì)信息；
步驟F、讀取地質(zhì)標(biāo)記線的像素坐標(biāo)，由步驟D所獲得的轉(zhuǎn)換校正模型，計(jì)算獲得地質(zhì)標(biāo)記線的大地坐標(biāo)，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的地質(zhì)信息，延展形成具有大地坐標(biāo)的地質(zhì)模型面。
本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例如下：
某水利水電工程壩區(qū)邊坡出現(xiàn)裂縫，給工程安全帶來(lái)很大問(wèn)題，對(duì)此利用二維圖像解譯為三維建模的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)面建模，并可以將三維模型導(dǎo)入GOCAD軟件進(jìn)行進(jìn)一步分析。
(1)獲取現(xiàn)場(chǎng)的二維圖像；
(2)獲取校正控制點(diǎn)，最少選取三個(gè)控制點(diǎn)，也可以選取三個(gè)以上，多余的點(diǎn)用來(lái)檢驗(yàn)選取的控制點(diǎn)是否準(zhǔn)確，本例中選取6個(gè)控制點(diǎn)；
(3)解算校正模型，地面點(diǎn)坐標(biāo)X,Y,Z，像點(diǎn)坐標(biāo)x,y及攝站點(diǎn)坐標(biāo)Xs,Ys,Zs之間的嚴(yán)格數(shù)學(xué)關(guān)系為：
式中：x,y為像點(diǎn)的平面坐標(biāo)；X,Y,Z為物方點(diǎn)的物方空間坐標(biāo)；f為主距；Xs,Ys,Zs為像片的六個(gè)外方位元素中的三個(gè)直線元素；ai,bi,ci(i＝1,2,3)為像片的外方位元素中的三個(gè)角元素組成的9個(gè)方向余弦。
影像外定向所需的六個(gè)外方位元素，主要在已知主距、像距以及控制點(diǎn)的空間坐標(biāo)情況下，根據(jù)上式迭代計(jì)算得出。通過(guò)影像外定向，可消除由于成像角度和距離不合適所造成的影像畸變差，還原像素坐標(biāo)與空間坐標(biāo)的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。
(1)在像素網(wǎng)格上繪制地質(zhì)標(biāo)記線以表示結(jié)構(gòu)面。
(2)根據(jù)標(biāo)記線，解譯地質(zhì)標(biāo)記真實(shí)坐標(biāo)，將二維圖像的坐標(biāo)代入解算校正模型獲得的數(shù)學(xué)公式內(nèi)，迭代計(jì)算，得出結(jié)構(gòu)面真實(shí)坐標(biāo)。
(3)生成三維結(jié)構(gòu)面模型。