CN105180906A - 井下摄影测量仪及其测绘方法 - Google Patents

Abstract

一种井下摄影测量仪及其测绘方法，包括壳体、摄像头、激光校验装置等，摄像头、激光校验装置等分布于壳体内五层托架上，摄像头平均分布，并且与水平呈小角度夹角。该装置可以替代人力拍摄井下全息图像，以获得井下管线测量数据信息，避免了对测绘工人下井作业带来的可能对身体产生的伤害，并能够获取更加精准的数据信息。

Description

井下摄影测量仪及其测绘方法

技术领域

本发明涉及一种井下摄影测量仪，通过该井下摄影测量仪的多镜头摄影可构建井下全息影像。

背景技术

现有的城市地下管线测量，需要人员下井，利用钢卷尺或激光测距仪等进行井下管道构造尺寸的测量。井下污水、臭(毒)气体等环境因素，有害操作人员身体健康，劳动强度大，因此，迫切希望能有一种替代人员下井的测量仪器，以改善井下管线测量工作条件。

现有众多地下管线检测设备，例如专利CN204114575U公开的一种无线地下管线检测设备，包括支撑杆、摄像头、照明灯等，还设有控制器，控制器设有控制面板、无线视频信号接收器、无线控制信号发送器，支撑杆为多节可伸缩结构，在支撑杆内设有电源、视频信号发送器、控制信号接收器，视频信号发送器与摄像头进行接收视频信号连接，并与控制器进行无线信号传输连接，控制信号接收器与控制器的无线控制信号发送器进行无线信号传输连接，并与摄像头角度控制和灯光角度、强度控制执行部件进行控制连接。该设备可以对井下状态进行实时远程监测，但不能形成全息图像，也不能进行精确测绘和定位，不能满足对地下管线各种精确数据信息收集的要求。

申请人之前申请的井下影像测量仪能够拍摄井下全景影像，但由于摄像头位置及数量、型号等因素限制，只能形成影像，不能提供准确的测绘影像数据信息。为了进一步提高测量仪测绘数据的准确性，本发明进一步提供了一种能形成全息影像的测量仪。

发明内容

本发明提供一种能够实现井下自动拍摄全息影像的井下摄影测量仪，以及使用该测量仪进行测绘的方法。

一种井下摄影测量仪，包括壳体1、摄像头、激光校验装置等，其中外壳呈透明圆筒状，外壳顶部设有固定连接部件2，外壳内固定连接有支架，支架竖直方向上设有五层托架，每层托架上都设有固定连接摄像头或激光校验装置的卡座，控制电路连接每一个摄像头，电源分别连接摄像头、照明灯、控制电路、激光校验装置，为其供电。第一层托架的卡座上固定有两个摄像头6、7，并且摄像头的主光轴垂直于外壳上表面。第二层托架的卡座固定连接有若干个摄像头3和若干个照明灯，并且摄像头3呈辐射状指向外壳侧表面。第三层托架的卡座固定连接有若干个激光校验装置4，并且激光校验装置4的激光发射方向垂直于外壳侧表面。第四层托架的卡座固定连接有若干个摄像头5，并且摄像头5呈辐射状指向外壳侧表面，其主光轴垂直于外壳侧表面。第五层托架的卡座上固定有两个摄像头8、9，并且摄像头的主光轴垂直于外壳下表面。进一步优化的，第二层和第四层的摄像头数量型号相同，分别对应平均分布于第二层和第四层托架上。第三层的激光校验装置数量为第二层的摄像头数量的两倍，并每两个校验装置为一组对应平均分布于第三层托架上。在每组校验装置中，一个校验装置向上倾斜，另一个校验装置向下倾斜，使得第二层和第四层摄像头分别拍摄的图像中都有校验标志。第二层托架上摄像头的主光轴向下倾斜角度α，使得第二层、第四层托架上的摄像头拍摄的范围有重叠，第三层托架置于第二层、第四层托架中间位置。

进一步优化的，摄像头内置WIFI发射电路，可以将所拍摄图像传输至处理中心。

进一步优化的，外壳可以采用透明有机玻璃或透明塑料。

进一步优化的，照明灯可为LED灯。

此外，本发明还提供了一种井下摄影测量仪的测绘方法。

第一步，用GPS或GNSS仪器在地面测量井盖中心坐标和标定南北方位；第二步，下放井下摄影测量仪到作业深度，通过第一层摄像头拍摄所形成的立体图像，测定仪器方位角、下井深度，确定仪器轴心坐标系的大地坐标和方位；第三步，由各层摄像头拍摄影像并传输至处理中心，形成立体全息图像，用摄影测量方法测定，井下工程建筑特征点的三维坐标及特征物体尺寸和方位；第四步，整理立体影像，用于进一步的监测和测绘。

本发明的有益效果是通过采用上述井下摄影测量仪装置和测绘方法，可以替代人力拍摄井下全息图像，以获得精准的井下管线测量数据信息，避免了对测绘工人下井作业带来的可能对身体产生的伤害，并能够获取全面的数据信息。

附图说明

图1为本发明的外观主视图。

图2为本发明的结构透视图。

图3为本发明的内部第二层托架的俯视图。

图4为本发明的摄像原理图。

图5为本发明的立体校验场原理图。

图6为图5中A部分放大示意图。

图7为本发明的上表面工作原理图。

图8为本发明的下表面工作原理图。

具体实施方式

如图1、2所示，一种井下摄影测量仪，包括壳体1、摄像头、激光校验装置等，其中外壳呈透明圆筒状，外壳顶部设有固定连接部件2，外壳内固定连接有支架，支架竖直方向上设有五层托架，每层托架上都设有固定连接摄像头或激光校验装置的卡座，控制电路连接每一个摄像头，电源为摄像头、照明灯、控制电路、激光校验装置供电。第一层托架的卡座上固定有两个摄像头6、7，并且摄像头的主光轴垂直于外壳上表面。第二层托架的卡座固定连接有若干个摄像头3和若干个照明灯，并且摄像头的主光轴垂直于外壳侧表面，照明灯可选为LED灯。第三层托架的卡座固定连接有若干个激光校验装置4，第三层的激光校验装置数量为第二层的摄像头数量的两倍，并每两个校验装置为一组对应平均分布于第三层托架上，在每组校验装置中，一个校验装置向上倾斜，另一个校验装置向下倾斜，使得第二层和第四层摄像头分别拍摄的图像中都有校验标志。第四层托架的卡座固定连接有若干个摄像头5，并且摄像头的主光轴垂直于外壳侧表面。第五层托架的卡座上固定有两个摄像头8、9，并且摄像头的主光轴垂直于外壳下表面。

如图3所示，第二层和第四层的摄像头数量型号相同，优选的，可采用8-10个摄像头，分别对应平均分布于第二层和第四层托架上，上下对应的构成对井壁的立体摄影，同一层上的摄像头拍摄的立体像可联合构成对井壁360^。的全息影像。摄像头可采用工业级高清摄像头。

如图4所示，第二层托架上摄像头的主光轴向下倾斜角度α，使得第二层、第四层托架上的摄像头在近距离内拍摄的图像有大部分重叠，在重叠度内构成立体可测量的图像。第三层托架置于第二层、第四层托架中间位置，使得第二层和第四层摄像头分别拍摄的图像中都有校验标志(图中未画出分别上下倾斜的激光校验装置)，用于在井壁平滑或没有纹理的情况下，形成人工的激光线纹理，确保立体图像的精准对位，能够精确地测量井壁的三维形态。

摄像头内置WIFI发射电路，可以将所拍摄图像传输至处理中心。

照明灯数量与摄像头数量相同，每一个照明灯都设置在对应摄像头旁，其照射范围与摄像头拍摄范围重合。

外壳可以采用透明有机玻璃或透明塑料。

如图7、8所示，上下两层的分别设有两个摄像头，其摄像的拍摄范围有重叠部分。上层的两个摄像头6、7能够形成向上方向的立体图像，用于拍摄井盖面标杆10的影像，确定井下摄影测量仪的当前状态、方位角及垂直向下吊放的距离(深度)，同时可以依据上部井壁的立体图像监测上部井壁的状态，例如：裂缝、缺损、凹凸等。下层的两个摄像头8、9能够形成向下方向的立体图像，可以用于测绘井底全息三维图像。

如图5、图6所示，井下摄影测量仪的工作原理是，利用专门设计的六面立体校验场校验测量仪的准确度。在一个三维空间场地的上、下、东、西、南、北6个方向的墙面，均布满高精度的标志点A，这些标志点的空间坐标用高精度的大地测量仪器测定。其中，标志点A的成像适用于软件自动检测，如图6所示，B点表示全站丈量测点，C为计算机自动探测范围。利用六面立体校验场的大量标志点摄影，可以完成下列校验：

1、每个摄像头的内方位元素和畸变差参数测定及校正；

2、通过空间后交方法测定每个摄像头的外方位元素，进而计算出每个摄像头相对于仪器轴心坐标系的相对外方位元素；

此校验场有两大用途，其一是用于测定每个摄像头的内方位元素和畸变参差数，其二是用于测定2n加4个摄像头的相对外方位元素。有了精准的内外方位元素值，就可以利用井下摄像头拍摄的图像构成全息影像，在室内通过摄影测量的方法，实现对井下建筑结构形态的精确三维测量。

使用测量仪的测绘方法：

1、用GPS(或GNSS)仪器在地面测量井盖中心坐标和标定南北方位；

2、下放井下摄影测量仪到作业深度，通过第一层摄像头拍摄所形成的立体图像，测定仪器方位角、下井深度，确定仪器轴心坐标系的大地坐标和方位；

3、由各层摄像头拍摄影像并传输至处理中心，形成立体图像，用摄影测量方法测定，井下工程建筑特征点的三维坐标及特征物体尺寸和方位；

4、整理立体影像，用于进一步的监测和测绘。

采用以上测绘方法，采集了具有典型代表性的三类管线检修井：带过路套管的上水井，雨水井，电力电缆井进行实验验证，详细实量了管线的各种相关几何数据，并与摄影测量仪量测获得的几何数据进行比较，检验摄影测量仪的量测精度是否满足地下管线探测技术规程的精度要求。详见下述对照表。

井下摄影测量仪量测试验对比数据统计表(单位：m)

经核对，井下摄影测量仪完全实现了设计目标，其量测精度完全能够满足行业技术规范《CJJ61-2003城市地管线探测技术规程》规定的相关精度要求。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.一种井下摄影测量仪，包括壳体、摄像头、激光校验装置等，其中外壳呈透明圆筒状，外壳顶部设有固定连接部件，外壳内固定连接有支架，支架竖直方向上设有五层托架，每层托架上都设有固定连接摄像头或激光校验装置的卡座，控制电路连接每一个摄像头，电源分别连接摄像头、照明灯、控制电路、激光校验装置，第一层托架的卡座上固定有两个摄像头，并且摄像头的主光轴垂直于外壳上表面，第二层托架的卡座固定连接有若干个摄像头和若干个照明灯，并且摄像头呈辐射状指向外壳侧表面，第三层托架的卡座固定连接有若干个激光校验装置，并且激光校验装置的激光发射方向垂直于外壳侧表面，第四层托架的卡座固定连接有若干个摄像头，并且摄像头呈辐射状指向外壳侧表面，其主光轴垂直于外壳侧表面，第五层托架的卡座上固定有两个摄像头，并且摄像头的主光轴垂直于外壳下表面，其特征是：第二层和第四层的摄像头数量型号相同，分别对应平均分布于第二层和第四层托架上，第三层的激光校验装置数量为第二层的摄像头数量的两倍，并每两个校验装置为一组对应平均分布于第三层托架上，第二层托架上摄像头的主光轴向下倾斜角度α，使得第二层、第四层托架上的摄像头拍摄的范围有重叠，第三层托架置于第二层、第四层托架中间位置。

2.如权利要求1所述的井下摄影测量仪，其特征在于：第二层和第四层上摄像头数量可选为8-10个。

3.如权利要求2所述的井下摄影测量仪，其特征在于：摄像头内置WIFI发射电路，可以将所拍摄图像传输至处理中心。

4.如权利要求3所述的井下摄影测量仪，其特征在于：外壳可以采用透明有机玻璃或透明塑料。

5.如权利要求4所述的井下摄影测量仪，其特征在于：照明灯为LED灯。

6.一种井下摄影测量仪的测绘方法，其特征是：

第一步，用GPS或GNSS仪器在地面测量井盖中心坐标和标定南北方位；

第二步，下放井下摄影测量仪到作业深度，通过第一层摄像头拍摄所形成的立体图像，测定仪器方位角、下井深度，确定仪器轴心坐标系的大地坐标和方位；

第三步，由各层摄像头拍摄影像并传输至处理中心，形成立体全息图像，用摄影测量方法测定，井下工程建筑特征点的三维坐标及特征物体尺寸和方位；第四步，整理立体影像，用于进一步的监测和测绘。