CN102927971B - 近景摄影测量和红外热像仪测量矸石山表面温度场方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及近景摄影测量和红外热像仪测量矸石山表面温度场方法，属于非接触式测量技术和环境监测技术领域，该方法包括：将煤矸石划分为若干拍摄区域，每个拍摄区域对应红外热像仪的一幅图像，在每个拍摄区域布设4个标志点,要求标志点位于相邻图像重叠区域内；布设近景摄影测量的拍摄基站，并在煤矸石山布设4-6个控制点；建立1-2个图根控制点；用红外热像仪拍摄煤矸石山表面温度的热红外图像；用照相机拍摄煤矸石山表面影像，用全站仪获取图根控制点和煤矸石山表面控制点的空间坐标信息。通过对获取的图像、影像进行拼接、坐标转换，叠加后得到煤矸石山的表面温度场图像；从该表面温度场图像获得煤矸石山表面任意一点的温度信息和空间坐标信息。

Description

近景摄影测量和红外热像仪测量矸石山表面温度场方法

技术领域

本发明属于非接触式测量和环境监测技术领域，特别涉及近景摄影测量和红外热像仪测量矸石山表面温度场方法。

背景技术

自燃煤矸石山对环境的危害和存在的环境风险很大，因此，自燃煤矸石山的治理已经成为当前研究的热点。对自燃矸石山的治理关键是探明高温区和着火点，以便采取相应的灭火和阻燃应对措施，达到治理的目的。

国内外对煤矸石山的研究表明：燃烧的主要表征参数是温度，可见，利用温度的探测确定着火点的位置是可行的，因此，煤矸石山表面温度场的探测就成为自燃煤矸石山治理的基础和关键。

自燃煤矸石山表面温度场测量的难题在于：

煤矸石山地形的测量尤其是燃烧、陡峭等难以到达区域的空间信息的获取。

煤矸石山危险区域温度信息全面快速的获取。

红外测温属于非接触测温的一种方法，通过对物体自身辐射的红外能量的测量来测定其表面温度，在生产加工、电力、医学、消防等方面都有广泛的应用，也极大促进了红外热像仪的发展；从红外热像仪的原理来看，用其测量煤矸石山表面温度信息是可行的，但是无法获取空间坐标信息，即无法确定各温度点的空间位置。

本申请人已提出了基于全站仪和红外热像仪的煤矸石山表面温度场测量方法（ZL201110005044.X），于2012年7月4号授权，其中各温度点的空间位置采用全站仪获取，并需要测量所有标志点；2012年8月8日公开的一种具有空间基准的矸石山表面温度场的快速构建方法（申请号：CN201210120593.6）中，采用GPS RTK技术采集控制点坐标，并需要在矸石山上布设能够控制整座矸石山并能够反映矸石山的地貌变化特征的控制点，其实施例中布设了二十个控制点。

近景摄影测量是通过摄影手段确定目标的外形。多基线数字近景摄影测量系统是以计算机视觉原理（多基线）代替人眼双目视觉（单基线）传统摄影测量原理，从空间一个点由两条光线交会的摄影测量基本法则变化为空间一个点由多条光线交会而成的全新概念，

从而研发产生的一套全新的数字近景摄影测量系统。它能对普通单反数码相机获得的影像，完成从自动空三测量到各种比例尺的线划地形图的生产，以及快速精密三维重建；可作为直接由地面摄影的数字影像中获取测绘信息的软件平台。

发明内容

本发明的目的是为解决煤矸石山地形的测量尤其是燃烧、陡峭等难以到达区域的空间信息与温度信息的快速获得，提出一种近景摄影测量和红外热像仪测量矸石山表面温度场方法，旨在将带有地形信息的近景摄影测量影像和同一地区拼接后的热红外图像进行叠加，实现煤矸石表面任意点温度及空间信息的快速测量，为自燃煤矸石山的治理提供基础支撑。

本发明近景摄影测量和红外热像仪测量矸石山表面温度场方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）煤矸石山热红外拍摄区域划分和标志点布设：对煤矸石山进行现场勘查，确定煤矸石山表面面积和地形特点，布设拍摄机位；根据红外热像仪的像素值、分辨率和拍摄机位与煤矸石山的距离，将煤矸石划分为若干个热红外拍摄区域，每个拍摄区域对应红外热像仪的一幅图像，由此计算出煤矸石山拍摄区域数和热红外成像的图像数，各图像边缘保证5—10%的重叠率。在每个热红外拍摄区域布设4个标志点，且各标志点在相邻热红外拍摄区域所对应的图像重叠区域内，用于热红外图像的拼接；

2）近景摄影测量拍摄基站及控制点布设：根据煤矸石山及周边的地形特点，布设用于近景摄影测量的拍摄基站，使得拍摄所得相邻影像重叠率80%以上；在煤矸石山上均匀布设4-6个控制点，控制点选择热红外图像标志点；

3）图根控制点建立：在近景摄影测量拍摄基站附近建立1-2个图根控制点；采用全站仪与已知控制点联测获取图根控制点的空间坐标信息（X_图，Y_图，Z_图）；

4）实地拍摄与测量：用红外热像仪在拍摄机位对划分好的拍摄区域逐一拍摄热红外图像；用照相机在拍摄基站上拍摄煤矸石山的影像；采用全站仪与图根控制点联测获取控制点的空间坐标信息（X_控，Y_控，Z_控）；

5）热红外图像数据处理：利用相邻热红外图像重叠区域内对应的标志点进行图像拼接；利用控制点空间坐标信息中的平面坐标信息（X_控，Y_控）对拼接后的热红外图像进行坐标转换，获得一幅包含整个煤矸石山任意一点平面坐标信息（X_红，Y_红）和温度信息（t）的热红外图像；

6）近景摄影测量影像数据处理：用多基线近景摄影测量系统Lenshphoto V2.0处理照相机所拍摄的煤矸石山影像，并利用控制点的空间坐标信息（X_控，Y_控，Z_控）进行坐标转换，获得一幅包含煤整个矸石山任意一点空间坐标信息（X_煤，Y_煤，Z_煤）的近景摄影测量影像；

7）热红外图像与近景摄影测量影像叠加：将处理后的热红外图像中（X_红，Y_红）与近景摄影测量影像中（X_煤，Y_煤）相等的点逐一对应，即可得到一幅煤矸石山的表面温度场图像，从该表面温度场图像获得煤矸石山表面任意一点的温度信息(t)和空间坐标信息（X_煤，Y_煤，Z_煤）。

本发明主要具有以下技术优点：

1）野外工作量小。相对于采用全站仪和GPS RTK获取煤矸石山表面空间坐标信息来说，采用近景摄影测量技术控制点仅为4-6个，减少了测量标志点的数量，提高了野外工作效率；

2）采用近景摄影测量技术可避免在燃烧、陡峭等难以到达区域布设控制点，提高了空间数据获取的安全性。

3）近景摄影测量技术获取的是煤矸石山表面的影像数据，表面温度场表达形式直观。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

图2煤矸石山表面拍摄区域划分及热红外图像分幅的示意图。

图3近景摄影测量的拍摄基站、图根控制点布设及影像分幅的示意图。

图4标志点、控制点布设的示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种近景摄影测量和红外热像仪测量矸石山表面温度场方法，结合附图及实施例详细说明如下：

本发明提出的一种近景摄影测量和红外热像仪测量矸石山表面温度场方法，如图1所示，包括以下步骤：

1）煤矸石山热红外拍摄区域划分和标志点布设：对煤矸石山进行现场勘查，确定煤矸石山表面面积和地形特点，布设拍摄机位；根据红外热像仪的像素值、分辨率和拍摄机位与煤矸石山的距离，将煤矸石划分为若干个热红外拍摄区域，每个拍摄区域对应红外热像仪的一幅图像，由此计算出煤矸石山拍摄区域数和热红外成像的图像数，各图像边缘保证5—10%的重叠率。在每个热红外拍摄区域布设4个标志点，且各标志点在相邻热红外拍摄区域所对应的图像重叠区域内，用于热红外图像的拼接；本实施例中采用DL-700C红外热像仪，分辨率1.3mrad，像素320×240，如图2所示，根据煤矸石山21的特点，布设拍摄机位22，由分辨率×（拍摄机位22与煤矸石山21的距离）×像素，得到一幅红外热像仪图像23可以拍摄的区域大小，划分煤矸石山的热红外拍摄区域24。由于要求图像边缘有5-10%的重叠率，煤矸石山的热红外拍摄区域略小于红外热像仪图像实际拍摄区域5-10%。如图4(b)所示，在图像23的重叠区域所对应的煤矸石山拍摄区域布设标志点41、42；

2）近景摄影测量拍摄基站及控制点布设：根据煤矸石山及周边的地形特点，布设用于近景摄影测量的拍摄基站，使得拍摄所得相邻影像重叠率80%以上；在煤矸石山上均匀布设4-6个控制点，控制点选择热红外图像标志点；本实施例中采用佳能EOS5D MarkⅡ相机，平行拍摄方式，如图3所示，布设拍摄基站32，使得拍摄所得相邻影像31重叠率达80%以上；如图4(a)所示，在煤矸石山角点及中间位置大致均匀布设控制点42，控制点选择热红外图像标志点；

3）图根控制点建立：在近景摄影测量拍摄基站附近建立1-2个图根控制点；采用全站仪与已知控制点联测获取图根控制点的空间坐标信息（X_图，Y_图，Z_图）；如图3所示，在近景摄影测量拍摄基站附近建立图根控制点33；

4）实地拍摄与测量：用红外热像仪在拍摄机位对划分好的拍摄区域逐一拍摄热红外图像；用照相机在拍摄基站上拍摄煤矸石山的影像；采用全站仪与图根控制点联测获取控制点的空间坐标信息（X_控，Y_控，Z_控）；如图2所示，在拍摄机位21，用红外热像仪对划分好的拍摄区域23逐一拍摄；如图3所示，在拍摄基站32，用照相机拍摄煤矸石山的影像31。如图4(a)所示，采用全站仪与图根控制点33联测获取控制点42的空间坐标信息；

5）热红外图像数据处理：利用相邻热红外图像重叠区域内对应的标志点进行图像拼接；利用控制点空间坐标信息中的平面坐标信息（X_控，Y_控）对拼接后的热红外图像进行坐标转换，获得一幅包含整个煤矸石山任意一点平面坐标信息（X_红，Y_红）和温度信息（t）的热红外图像；如图4（b）所示，利用热红外相邻图像23共用的标志点41，将相邻图像逐一拼接；利用控制点42空间坐标信息中的平面坐标信息（X_控，Y_控）进行坐标转换；

6）近景摄影测量影像数据处理：用多基线近景摄影测量系统Lenshphoto V2.0处理照相机所拍摄的煤矸石山影像，并利用控制点的空间坐标信息（X_控，Y_控，Z_控）进行坐标转换，获得一幅包含煤整个矸石山任意一点空间坐标信息（X_煤，Y_煤，Z_煤）的近景摄影测量影像；如图4(a)所示，利用控制点42将近景摄影测量影像拼接并获取煤矸石任意一点的空间坐标信息；

7）热红外图像与近景摄影测量影像叠加：将处理后的热红外图像中（X_红，Y_红）与近景摄影测量影像中（X_煤，Y_煤）相等的点逐一对应，即可得到一幅煤矸石山的表面温度场图像，从该表面温度场图像获得煤矸石山表面任意一点的温度信息(t)和空间坐标信息（X_煤，Y_煤，Z_煤）。

Claims (1)

1.一种近景摄影测量和红外热像仪测量矸石山表面温度场方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）煤矸石山热红外拍摄区域划分和标志点布设：对煤矸石山进行现场勘查，确定煤矸石山表面面积和地形特点，布设拍摄机位；根据红外热像仪的像素值、分辨率和拍摄机位与煤矸石山的距离，将煤矸石划分为若干个热红外拍摄区域，每个拍摄区域对应红外热像仪的一幅图像，由此计算出煤矸石山拍摄区域数和热红外成像的图像数，各图像边缘保证5—10%的重叠率；在每个热红外拍摄区域布设4个标志点，且各标志点在相邻热红外拍摄区域所对应的图像重叠区域内，用于热红外图像的拼接；

2）近景摄影测量拍摄基站及控制点布设：根据煤矸石山及周边的地形特点，布设用于近景摄影测量的拍摄基站，使得拍摄所得相邻影像重叠率80%以上；在煤矸石山上均匀布设4-6个控制点，控制点选择热红外图像标志点；

3）图根控制点建立：在近景摄影测量拍摄基站附近建立1-2个图根控制点；采用全站仪与已知控制点联测获取图根控制点的空间坐标信息（X_图，Y_图，Z_图）；

4）实地拍摄与测量：用红外热像仪在拍摄机位对划分好的拍摄区域逐一拍摄热红外图像；用照相机在拍摄基站上拍摄煤矸石山的影像；采用全站仪与图根控制点联测获取控制点的空间坐标信息（X_控，Y_控，Z_控）；

5）热红外图像数据处理：利用相邻热红外图像重叠区域内对应的标志点进行图像拼接；利用控制点空间坐标信息中的平面坐标信息（X_控，Y_控）对拼接后的热红外图像进行坐标转换，获得一幅包含整个煤矸石山任意一点平面坐标信息（X_红，Y_红）和温度信息（t）的热红外图像；

6）近景摄影测量影像数据处理：用多基线近景摄影测量系统Lenshphoto V2.0处理照相机所拍摄的煤矸石山影像，并利用控制点的空间坐标信息（X_控，Y_控，Z_控）进行坐标转换，获得一幅包含煤整个矸石山任意一点空间坐标信息（X_煤，Y_煤，Z_煤）的近景摄影测量影像；

7）热红外图像与近景摄影测量影像叠加：将处理后的热红外图像中（X_红，Y_红）与近景摄影测量影像中（X_煤，Y_煤）相等的点逐一对应，即可得到一幅煤矸石山的表面温度场图像，从该表面温度场图像获得煤矸石山表面任意一点的温度信息(t)和空间坐标信息（X_煤，Y_煤，Z_煤）。