专利名称：一种基于隧道掌子面的摄影地质编录系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及摄影测量和工程地质技术领域，具体涉及一种基于隧道掌子面的摄影地质编录系统。
背景技术：
隧道工程的地质条件直接影响隧道施工的方法、安全、质量和进度，因而隧道掌子面地质编录作为隧道施工的一个重要的基础工作，为地质预测、隧道施工提供重要的基础数据。目前，掌子面地质编录主要是对隧道掌子面中重要地质构造信息的采集和分析，普遍采用手工作业方法，即地质人员用皮尺、罗盘等工具直接测量距离和产状，并进行现场地质素描，此种作业方法不仅工作量大、工作强度高、受施工干扰大，而且编录的几何精度低、直观性差、信息反馈慢，同时也不利于对编录成果的分析和应用。因此，基于上述问题，本发明提供一种基于隧道掌子面的摄影地质编录系统。
发明内容
发明目的:本发明提供一种基于隧道掌子面的摄影地质编录系统，实现对隧道掌子面信息快速、高效、准确的采集和分析。技术方案:本发明提供一种基于隧道掌子面的摄影地质编录系统，包括输入模块、影像预处理模块、影像定向模块、立体视觉地质编录模块、输出模块和数据库管理查询模块；所述输入模块将输入信息传输至影像预处理模块；所述影像预处理模块对输入信息进行影像增强、畸变校正处理并将信息输出至影像定向模块；所述影像定向模块对输出信息进行相对定向、快速绝对定向处理并将信息输出至立体视觉地质编录模块；所述立体视觉地质编录模块对输出信息进行地质构造绘制、岩层产状量测和地质属性录入处理并将信息输出至数据库管理查询模块；所述数据库管理查询模块对输出信息进行存储、查询；所述输出模块连接数据库管理查询模块输出三维矢量图、立面矢量图、报表信息。所述输入模块输入信息包括相机参数、工作区影像和左、右摄站参数，其中，工作区影像利用数码相机，通过物方控制杆、摄影灯采集。所述影像预处理模块的预处理信息为影像增强和影像畸变校正，其中影像增强使用直方图规定化增强、空间滤波等图像处理方法，影像畸变校正利用相机构像畸变校正模型和参数，改正相机物镜构像畸变差引起的图像几何变形。所述影像定向模块包括相对定向和快速绝对定向，其中相对定向计算步骤为: 步骤1、量测相对定向点的像点坐标。步骤2、计算像点的像空间坐标。步骤3、计算立体像对的相对定向元素。步骤4、计算影像上掌子面结构特征点的投影系数。步骤5、计算掌子面结构特征点的模型坐标。
快速绝对定向步骤为:
步骤1、计算立体模型绝对定向元素。步骤2、计算掌子面上点物方坐标。所述立体视觉地质编录模块包括地质构造绘制、岩层产状量测和地质属性录入，利用掌子面立体像对形成立体视觉，进行地质结构线的绘制、岩层产状量测，并完成地质结构特征的属性量测、判读和描述的录入等，实现数字化地质编录。所述输出模块输出三维矢量图、立面矢量图和报表信息，其中掌子面地质编录展开图，输出至AutoCAD自动成图，并生成Excel报告并利用数据库管理查询模块保存。所述数据库管理查询模块查询影像、图形和属性信息。所述物方控制杆为伸缩控制杆，一端设置半透明片、另一端设置铁钩，其中伸缩控制杆通过铁钩固定在掌字面上方的铁丝网上。所述半透明片上下移动与隧道掘进导向激光器的高度保持一致。与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
本发明的一种基于隧道掌子面的摄影地质编录系统，该摄影地质编录系统，功能完整、算法独特，形成了数据资料的采集、处理、编录、管理、成图、输出的数字化和一体化作业，并且通过数字影像信息完整再现工程和地质的原貌。该摄影地质编录系统改变了现行的隧道掌子面地质编录的手工作业方式，一方面提高了隧道、巷道、洞室等掌子面地质编录的编录成果质量、作业速度和工作安全性，另一方面提高了隧道掌子面地质成果的完整性、准确性和自动化、可视化水平，适用于水电、交通、采矿等领域的地质过程勘探中。
图la、lb为本发明实施例的现场影像获取方式示意 图2为本发明实施例的系统软件构成示意 图3为本发明实施例的数据处理流程示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明所述的一种基于隧道掌子面的摄影地质编录系统做详细说明:
如图la、lb和图2、图3所示的一种基于隧道掌子面的摄影地质编录系统，包括输入模块1、影像预处理模块2、影像定向模块3、立体视觉地质编录模块(4)、输出模块5和数据库管理查询模块6 ;输入模块I将输入信息传输至影像预处理模块2 ;影像预处理模块2对输入信息进行影像增强、畸变校正处理并将信息输出至影像定向模块3 ;影像定向模块3对输出信息进行相对定向、快速绝对定向处理并将信息输出至立体视觉地质编录模块4 ;立体视觉地质编录模块4对输出信息进行地质构造绘制、岩层产状量测和地质属性录入处理并将信息输出至数据库管理查询模块6 ;数据库管理查询模块6对输出信息进行存储、查询；输出模块5连接数据库管理查询模块6输出三维矢量图、立面矢量图、报表信息。输入模块I输入信息为相机参数、工作区影像和摄站参数，其中工作区影像信息的采集用立体影像拍摄方法，首先将掌子面、半透明片上的激光点和掌子面、物方控制杆拍照，得到立体像对左影像，然后根据摄影基线拍照，得到右影像。
影像预处理模块2的预处理信息为影像增强和影像畸变校正，其中影像增强使用直方图规定化增强、空间滤波等图像处理方法，影像畸变校正利用相机构像畸变校正模型和参数，改正相机物镜构像畸变差引起的图像几何变形。影像定向模块3包括相对定向和快速绝对定向，其中相对定向和模型的计算，首先在立体像对的左右影像上分别选取若干同名特征点作为相对定向点，然后以左相片为基准，通过相对定向计算出右影像相对方位元素Φ、ω、κ，利用前方交会公式计算模型坐标，计算步骤为:
步骤1、量测相对定向点的像点坐标。步骤2、计算像点的像空间坐标。步骤3、计算立体像对的相对定向元素。步骤4、计算影像上掌子面结构特征点的投影系数。步骤5、计算掌子面结构特征点的模型坐标。模型快速绝对定向和物方坐标计算，首先利用立体模型的坐标，计算绝对定向参数包括缩放系数λ、三个平移量、三个坐标系旋角，两激光点连线方向、铅垂线方向定出三个坐标系旋角Φ、ω、K值，缩放系数』由模型中铅垂线长度与铅垂线实际长度计算得到，然后利用掌子面到隧道洞轴已知点的距离，计算立体模型平移量，最后根据快速定向模型绝对定向元素计算物方坐标，计算步骤为，
步骤1、计算立体模型绝对定向元素。
`
步骤2、计算掌子面上点物方坐标。立体视觉地质编录模块4包括地质构造绘制、岩层产状量测和地质属性录入，利用掌子面立体像对形成立体视觉，进行地质结构线的绘制、岩层产状量测，并完成地质结构特征的属性量测、判读和描述的录入等，实现数字化地质编录。输出模块5输出三维矢量图、立面矢量图和报表，其中掌子面地质编录展开图，输出至AutoCAD自动成图，并生成Excel报告并利用数据库管理查询模块6保存。数据库管理查询模块6查询影像、图形和属性信息。物方控制杆为伸缩控制杆，一端设置半透明片、另一端设置铁钩，其中伸缩控制杆通过铁钩固定在掌字面上方的铁丝网上，为摄影测量模型绝对定向提供铅垂方向，伸缩控制杆的长度用来确定立体模型缩放比例尺。半透明片上下移动与隧道掘进导向激光器的高度保持一致。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于隧道掌子面的摄影地质编录系统，其特征在于:包括输入模块(I)、影像预处理模块(2)、影像定向模块(3)、立体视觉地质编录模块(4)、输出模块(5)和数据库管理查询模块(6);所述输入模块(I)将输入信息传输至影像预处理模块(2);所述影像预处理模块(2)对输入信息进行影像增强、畸变校正处理并将信息输出至影像定向模块(3);所述影像定向模块(3)对输出信息进行相对定向、快速绝对定向处理并将信息输出至立体视觉地质编录模块(4);所述立体视觉地质编录模块(4)对输出信息进行地质构造绘制、岩层产状量测和地质属性录入处理并将信息输出至数据库管理查询模块(6);所述数据库管理查询模块(6)对输出信息进行存储、查询；所述输出模块(5)连接数据库管理查询模块(6)输出三维矢量图、立面矢量图、报表信息。
2.根据权利要求1所述的基于隧道掌子面的摄影地质编录系统，其特征在于:所述输入模块(I)输入信息包括相机参数、工作区影像和左、右摄站参数，其中，工作区影像利用数码相机，通过物方控制杆、摄影灯采集。
3.根据权利要求1所述的基于隧道掌子面的摄影地质编录系统，其特征在于:所述影像预处理模块(2)的预处理信息为影像增强和影像畸变校正，其中影像增强使用直方图规定化增强、空间滤波等图像处理方法，影像畸变校正利用相机构像畸变校正模型和参数，改正相机物镜构像畸变差引起的图像几何变形。
4.根据权利要求1所述的基于隧道掌子面的摄影地质编录系统，其特征在于:所述影像定向模块(3)包括相对定向和快速绝对定向，其中，相对定向计算步骤为: 步骤1、量测相对定向点的像点坐标； 步骤2、计算像点的像空间坐标； 步骤3、计算立体像对的 相对定向元素； 步骤4、计算影像上掌子面结构特征点的投影系数； 步骤5、计算掌子面结构特征点的模型坐标； 快速绝对定向计算步骤为: 步骤1、计算立体模型绝对定向元素； 步骤2、计算掌子面上点物方坐标。
5.根据权利要求1所述的基于隧道掌子面的摄影地质编录系统，其特征在于:所述立体视觉地质编录模块(4)包括地质构造绘制、岩层产状量测和地质属性录入，利用掌子面立体像对形成立体视觉，进行地质结构线的绘制、岩层产状量测，并完成地质结构特征的属性量测、判读和描述的录入等，实现数字化地质编录。
6.根据权利要求1所述的隧道掌子面摄影地质编录系统，其特征在于:所述输出模块(5)输出三维矢量图、立面矢量图和报表信息，其中掌子面地质编录展开图，输出至AutoCAD自动成图，并生成Excel报告并利用数据库管理查询模块(6)保存。
7.根据权利要求1所述的基于隧道掌子面的摄影地质编录系统，其特征在于:所述数据库管理查询模块(6)查询影像、图形和属性信息。
8.根据权利要求2所述的基于隧道掌子面的摄影地质编录系统，其特征在于:所述物方控制杆为伸缩控制杆，一端设置半透明片、另一端设置铁钩，其中伸缩控制杆通过铁钩固定在掌字面上方的铁丝网上。
9.根据权利要求8所述的基于隧道掌子面的摄影地质编录系统，其特征在于:所述半透明片上下移 动与隧道掘进导向激光器的高度保持一致。
全文摘要
本发明公开了一种基于隧道掌子面的摄影地质编录系统，该系统包括输入模块、影像预处理模块、影像定向模块、立体视觉地质编录模块、输出模块和数据库管理查询模块；输入模块、影像预处理模块、影像定向模块、立体视觉地质编录模块和数据库管理查询模块依次连接，其中，输出模块连接数据库管理查询模块。本发明功能完整、算法独特，形成了数据资料的采集、处理、编录、管理、成图、输出的数字化和一体化作业，并且通过数字影像信息完整再现工程和地质的原貌，一方面提高了隧道、巷道、洞室等掌子面地质编录的编录成果质量、作业速度和工作安全性，另一方面提高了隧道掌子面地质成果的完整性、准确性和自动化、可视化水平。
文档编号G06T7/00GK103093388SQ20131004119
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者李 浩, 杨彪, 毛羽丰, 张荣春, 吴铭飞, 蔡云 申请人:河海大学