一种基于全景影像的危岩落石调查方法
【专利摘要】一种基于全景影像的危岩落石调查方法，布设控制点，获取工点的全景影像，结合各个控制点的真实坐标，计算全景影像在工程坐标系下的姿态参数以及单位球心位置进行全景影像定向；结合工点的数字高程模型建立全景影像可量测的三维可视化环境得到具有地理参考的三维全景影像；识别危岩落石并提取危岩落石信息。本发明通过获取工程建设区域的全景影像，在高精度数模的支持下建立了数字化的危岩落石三维解译环境，改进了危岩落石遥感解译方法，准确高效的确定危岩落石的分布范围、规模大小、空间形态和位置。通过三门峡至荆门段煤运通道和新疆巴伦台至伊尔根等铁路工程的实际应用，证明本发明方法行之有效。
【专利说明】一种基于全景影像的危岩落石调查方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种危岩落石调查方法，具体涉及一种基于全景影像的三维危岩落石调查、信息提取方法。
【背景技术】
[0002]危岩落石是山区重要的地质灾害之一，具有灾害点多、分布面广、突发性强、难以预测等特点。在山区铁路、公路工程项目建设中，危岩落石调查是工程勘察的一项重要内容，同时既有铁路、公路路堑边坡也需定期进行危岩落石的调查。通过危岩落石调查，确定线路附近危岩落石的分布位置、规模及对工程危害影响大小。
[0003]传统危岩落石调查方法以人工调查为主辅以航、卫片解译，该方法存在外业工作量大、效率低、精度差、安全隐患大等缺点；传统遥感解译是在二维平面解译，解译成果需多次转绘，解译精度较低，难以满足对工程建设质量、安全和效率要求不断提高的需要。
[0004]本单位原有基于通过机载激光雷达实现危岩落石信息的提取、量化分析与危险性评估，通过机载激光雷达扫描精确获取覆盖工程所在区域的三维点云与影像，通过激光点云数据处理等步骤并建立数据库；激光点云和数码影像之间的交互处理步骤较为繁琐，数据处理量大。
【发明内容】
:
[0005]发明提供一种利用工程建设区域的全景影像在高精度数模的支持下，实现危岩落石三维调查的一种方法。克服了传统调查方法存在的缺点，且有效提高了勘察效率和精度。基于全景影像的三维危岩落石调查方法是直接利用高分辨率的数码成像设备对工作区进行水平和垂直两个方向的旋转拍摄，通过全景拼接合成一幅包含全部场景的影像，再经过全景影像的定向、建模，实现数字高程模型下的全景影像三维浏览、量测、矢量提取以及危岩落石的信息提取，成果可直接成图，将提取的危岩落石信息如边界、尺寸、类型等信息展绘到地形图上，无需人工转绘，并生成危岩落石设计处置横断面。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于全景影像的危岩落石调查方法，其特征在于方法包括如下步骤:(I)根据现有的工程勘察资料确定工程沿线含有危岩落石的区域作为工点；(2)在工点布设控制点，并获取工点的影像；(3)拼接影像得到工点的全景影像；(4)全景影像定向:求解全景影像在工程坐标系下的单位球心位置及姿态参数；(5)建立全景影像可量测的三维可视化环境:建立工点的数字高程模型DEM ;依据姿态参数及单位球心位置绘制单位球；先将全景影像映射并绘制到单位球上得到全景单位球，然后将数字高程模型DEM和全景影像单位球在三维环境中绘出，并将视点中心设置在单位球中心，得到全景影像可量测的三维可视化环境；(6)识别并提取危岩落石信息:基于步骤
(5)建立的全景影像可量测的三维可视化环境识别危岩落石，然后依据如下的方法提取危岩落石信息:通过全景影像可量测的三维可视化环境中全景单位球和数字高程模型DEM间的几何关系，解算待测目标点位置；(7)提取步骤(6)所识别的各个危岩落石所在位置的横断面线，并将危岩落石信息标注于输出的横断面线上。
[0007]较佳地，步骤⑵中控制点均匀分布于工点，其在工程坐标系下的真实坐标(X，Y, Z)，通过无合作目标全站仪进行测量，量测精度高于5cm ;利用数码成像设备对工点在水平和垂直两个方向旋转拍摄序列影像，各序列影像间具有20%以上的重叠度，影像分辨率应高于5cm。
[0008]较佳地，步骤(4)的具体步骤为:(41)依据步骤(2)中布设的控制点在全景影像上的像素坐标(U，V)，通过单位球体的三维结构模拟球面全景影像依据
公式
【权利要求】
1.一种基于全景影像的危岩落石调查方法，其特征在于所述方法包括如下步骤: (1)根据现有的工程勘察资料确定工程沿线含有危岩落石的区域作为工点； (2)在所述工点布设控制点，并获取所述工点的影像； (3)拼接所述影像得到所述工点的全景影像； (4)全景影像定向:求解所述全景影像在工程坐标系下的单位球心位置及姿态参数； (5)建立全景影像可量测的三维可视化环境:建立所述工点的数字高程模型DEM;依据所述姿态参数及所述单位球心位置绘制单位球；先将所述全景影像映射并绘制到单位球上得到全景单位球，然后将所述数字高程模型DEM和所述全景影像单位球在三维环境中绘出，并将视点中心设置在单位球中心，得到全景影像可量测的三维可视化环境； (6)识别并提取危岩落石信息:基于步骤(5)建立的全景影像可量测的三维可视化环境识别危岩落石，然后依据如下的方法提取危岩落石信息:通过所述全景影像可量测的三维可视化环境中所述全景单位球和所述数字高程模型DEM间的几何关系，解算待测目标点位置； (7)提取步骤(6)所识别的各个危岩落石所在位置的横断面线，并将危岩落石信息标注于输出的横断面线上。
2.根据权利要求1所述的一种基于全景影像的危岩落石调查方法，其特征在于所述步骤(2)中控制点均匀分布于工点，其在工程坐标系下的真实坐标(X，Y，Z)，通过无合作目标全站仪进行测量，量测精度高于5cm ;利用数码成像设备对所述工点在水平和垂直两个方向旋转拍摄序列影像，各序列影像间具有20%以上的重叠度，影像分辨率应高于5cm。
3.根据权利要求1所述的一种基于全景影像的危岩落石调查方法，其特征在于所述步骤(4)的具体步骤为: (41)依据所述步骤(2)中布设的控制点在所述全景影像上的像素坐标(U，V)，通过单位球体的三维结构模拟球面全景影像依据公式
4.根据权利要求1所述的一种基于全景影像的危岩落石调查方法，其特征在于所述步骤(5)的具体步骤为: (51)建立所述工点区域的数字高程模型DEM，所述数字高程模型DEM通过激光扫描点云或地形图三维等高线方式内插得到； (52)建立全景影像可量测的三维可视化环境:在三维场景中以步骤(4)所得的全景影像单位球心位置HrQ为球心，姿态参数(&<?)为球的姿态绘制一个单位球，将经定向的全景影像映射到所述单位球，得到所述全景单位球；然后将所述数字高程模型DEM和所述全景影像单位球在三维环境中绘出，并将视点中心设置在单位球中心，得到全景影像可量测的三维可视化环境。
5.根据权利要求1所述的一种基于全景影像的危岩落石调查方法，其特征在于所述步骤(6)的具体步骤为: (61)建立遥感解译标志:在步骤(5)建立的全景影像可量测的三维可视化环境中建立遥感解译标志，所述遥感解译标志包括危岩、落石、节理裂隙构造、地层岩性； (62)识别危岩落石:根据所建立的遥感解译标志从全景影像可量测的三维可视化环境中通过人工或人机交互的方式识别危岩落石； (63)提取危岩落石信息:所述提取危岩落石信息的具体方法如下:通过全景影像可量测的三维可视化环境获取待测目标点位置的球面极坐标(氣(60，计算出其三维直角坐标(x0, y0, Z0);根据目标点位置的三维直角坐标(XtlZtl)和所述全景单位球球心位置坐标(Xc, Y。，Zc)建立空间直线方程，将所述空间直线方程与数字高程模型DEM求交得到待测目标点的三维坐标； 所述危岩落石信息包括地层岩性信息、节理裂隙发育程度、裂隙类型、延伸长度、危岩落石的边界；量测危岩落石的尺寸；将所提取的危岩落石信息展绘到地形图上。
6.根据权利要求1所述的一种基于全景影像的危岩落石调查方法，其特征在于所述步骤(7)的具体步骤为: (71)依次计算各个危岩落石所在横断面的横断面线直线方程； (72)各个横断面线直线方程所表示的横断面线与数字高程模型DEM的水平、竖直格网交点的三维坐标； (73)将各个所述三维坐标输出形成横断面线的线条图形，即提取了横断面； (74)将步骤(6)所得的各个危岩落石信息标注于对应的所述步骤(73)所得的各个横断面线上。
【文档编号】G01C11/00GK103759713SQ201410003283
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】冯光胜, 李海亮, 高山, 曹柏树, 陈世刚, 李东黎, 刘善勇, 岳永兴, 汪继峰, 陈爱云 申请人:中铁第四勘察设计院集团有限公司