CN106846477B - 一种编录野外地质影像的地质标记解译建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种根据地质勘测数据进行计算机地质建模、模拟和分析的方法，其公开了一种编录野外地质影像的地质标记解译建模方法，用以根据野外地质勘测获得的地质影像信息和人工标记进行计算机处理、快速重构影像标记所反映的地质模型。该方法包括：A、对欲进行地质编录的区域进行定位，并设置控制点；B、获取欲编录区域的地质影像；C、在地质影像上标记出控制点，记录该点的影像像素坐标，并与其大地坐标相匹配；D、根据控制点的大地坐标和像素坐标，演算生成大地坐标与像素坐标的转换校正模型；E、根据地质影像在相应的影像区域上绘制地质标记线，并记录标记线所对应的地质信息。

Description

一种编录野外地质影像的地质标记解译建模方法
技术领域
本发明涉及一种根据地质勘测数据进行计算机地质建模、模拟和分析的方法，特别涉及一种编录野外地质影像的地质标记解译建模方法。
背景技术
对地质信息的编录一直以来是工程地质野外测绘工作的重要内容，是工程建设场地的地质情况的重要分析与评价依据。传统的编录手段主要依靠现场建立局部坐标进行地质信息的手工素描标记信息，随着科技的发展，这种记录地质信息的方式已逐渐不能满足人们对效率以及准确度的要求。与此同时，摄影地质编录已越来越成为倍受关注的地质编录方法。
李浩[1]等人基于普通数码相机的数据采集及编录系统数据处理所获得的工程地质编录成果，证明了数字摄影地质编录技术路线的可行性。王凤艳[2]等人在数字近景摄影测量测取结构面空间坐标的基础上，应用立体几何、方位概念和投影变换理论，提出并建立了基于空间坐标的结构面迹线三维模型、任一投影展示面的迹线二维模型和详细判据的产状解算模型。舒彬[3]等人发明了一种地质影像处理装置以解决现有技术中的地质影像处理中难以获得较大范围的地面图像的问题。于涛[4]等人发明了一种在卫星图像中标记页岩层的方法，解决了仅凭人为经验对页岩层进行寻找所导致的准确性较低的技术问题。
然而，对于大多数的理论成果及发明而言，都很少将重点放在野外环境中去讨论。现场的测绘和编录工作需要在保证精确的前提下尽可能的提高效率。现有的数字影像编录手段并不能快速地分析提取作业面上的地质结构模型。因此，基于上述问题，本发明提供了一种编录野外地质影像的地质标记解译建模方法。
参考文献：
[1]李浩,张友静,华锡生,杨彪.硐室数字摄影地质编录及其基本算法研究[J].武汉大学学报(信息科学版),2004,29(9),805-808.
[2]王凤艳,陈剑平,杨国东,孙丰月,姜琦刚.基于数字近景摄影测量的岩体结构面几何信息解算模型[J].吉林大学学报(地球科学版),2012,42(6),1839-1846.
[3]舒彬,张凯,陈凯,李丛云,王友军,任志善,周静雷.地质影像的处理方法及装置[P].发明专利ZL201110412529.0,2011.
[4]于涛,孟淑英,吴查查,郭晓波,赵磊.在卫星图像中标记页岩层的方法和装置[P].发明专利ZL20130677049.1,2013.
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种编录野外地质影像的地质标记解译建模方法，用以根据野外地质勘测获得的地质影像信息和人工标记进行计算机处理、快速重构影像标记所反映的地质模型。
本发明解决上述技术问题所采用的方案是：
一种编录野外地质影像的地质标记解译建模方法，包括以下步骤：
步骤A、对欲进行地质编录的区域进行定位，并设置控制点；
步骤B、选取拍摄角度，采用便携式数码影像采集设备获取欲编录区域的地质影像；
步骤C、在地质影像上标记出所设定的控制点，记录该点的影像像素坐标，并与其大地坐标相匹配；
步骤D、根据控制点的大地坐标和像素坐标，演算生成大地坐标与像素坐标的转换校正模型；
步骤E、根据步骤B所获取的地质影像，在相应的影像区域上绘制地质标记线，并记录标记线所对应的地质信息；
步骤F、读取地质标记线的像素坐标，由步骤D所获得的转换校正模型，计算获得地质标记线的大地坐标，并根据对应的地质信息，延展形成具有大地坐标的地质模型面。
作为进一步优化，步骤A中所述欲进行地质编录的区域，是能够以平面或近似平面的方式记录地质信息和特征的地质区域，包括：边坡、洞室壁、地基面。
作为进一步优化，步骤A中的控制点，是地质工作者根据现场勘探信息，人为标定的具有明显标识意义的点位；控制点的大地坐标信息可通过GPS、RTK测量手段获得。
作为进一步优化，步骤C中的影像像素坐标，是地质控制点所对应的像素点在影像坐标系中的坐标值。
作为进一步优化，步骤D的转换校正模型，是地质影像所表征的像素坐标系和地质空间所对应的大地坐标系之间的映射关系。
作为进一步优化，步骤D具体包括：
步骤D1：获取每个控制点的像素坐标和其对应的大地坐标，每张地质影像的控制点数目至少为3；
步骤D2：针对每个控制点，分别构造三个三阶向量，每个向量的前两个分量为该控制点的像素坐标的横纵坐标值，第三个分量分别为该控制点的大地坐标的三个坐标值，并以此区分该向量校正类型；若有n个控制点(n≥3)，可构造3n个三阶向量；
步骤D3：将所有校正类型相同的三阶向量的前两个分量作为自变量，将第三个分量作为因变量，采用最小二乘逼近插值法，构建二维插值模型；三种校正类型，共可构造三个二维插值模型。
作为进一步优化，步骤F中的地质标记线的大地坐标，是由地质标记线的像素坐标，分别利用步骤D3所获得的三个二维插值模型计算获得的。
本发明的有益效果是：
利用野外现场的作业面影像和人工标记地质信息，该方法能够在野外现场根据相应校正控制手段实时快速地对作业面上的地质标记信息进行解译分析，并实时生成作业面上的三维地质模型。
附图说明
图1为编录野外地质影像的地质标记解译建模方法流程图。
具体实施方式
本发明旨在提出一种编录野外地质影像的地质标记解译建模方法，用以根据野外地质勘测获得的地质影像信息和人工标记进行计算机处理、重构影像标记所反映的地质模型，用于地质建模、模拟和分析的系统。
如图1所示，本发明中的编录野外地质影像的地质标记解译建模方法包括以下步骤：
步骤A、对欲进行地质编录的区域进行定位，并设置若干控制点；
步骤B、选取合适的拍摄角度，采用便携式数码影像采集设备，获取欲编录区域的地质影像；
步骤C、在地质影像上标记出步骤A所设定的控制点，记录该点的影像像素坐标，并与其大地坐标相匹配；
步骤D、根据控制点的大地坐标和像素坐标，演算生成大地坐标与像素坐标的转换校正模型；
步骤E、地质工作者根据步骤B所获取的地质影像，在相应的影像区域上绘制地质标记线，并记录标记线所对应的地质信息；
步骤F、读取地质标记线的像素坐标，由步骤D所获得的转换校正模型，计算获得地质标记线的大地坐标，并根据对应的地质信息，延展形成具有大地坐标的地质模型面。
本发明一个实施例如下：
某水利水电工程坝区边坡出现裂缝，给工程安全带来很大问题，对此利用二维图像解译为三维建模的方法进行结构面建模，并可以将三维模型导入GOCAD软件进行进一步分析。
(1)获取现场的二维图像；
(2)获取校正控制点，最少选取三个控制点，也可以选取三个以上，多余的点用来检验选取的控制点是否准确，本例中选取6个控制点；
(3)解算校正模型，地面点坐标X,Y,Z，像点坐标x,y及摄站点坐标Xs,Ys,Zs之间的严格数学关系为：
Figure BDA0001223594670000041
式中：x,y为像点的平面坐标；X,Y,Z为物方点的物方空间坐标；f为主距；Xs,Ys,Zs为像片的六个外方位元素中的三个直线元素；ai,bi,ci(i＝1,2,3)为像片的外方位元素中的三个角元素组成的9个方向余弦。
影像外定向所需的六个外方位元素，主要在已知主距、像距以及控制点的空间坐标情况下，根据上式迭代计算得出。通过影像外定向，可消除由于成像角度和距离不合适所造成的影像畸变差，还原像素坐标与空间坐标的线性对应关系。
(1)在像素网格上绘制地质标记线以表示结构面。
(2)根据标记线，解译地质标记真实坐标，将二维图像的坐标代入解算校正模型获得的数学公式内，迭代计算，得出结构面真实坐标。
(3)生成三维结构面模型。

Claims (5)

1.一种编录野外地质影像的地质标记解译建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、对欲进行地质编录的区域进行定位，并设置控制点；
步骤B、选取拍摄角度，采用便携式数码影像采集设备获取欲编录区域的地质影像；
步骤C、在地质影像上标记出所设定的控制点，记录该点的影像像素坐标，并与其大地坐标相匹配；
步骤D、根据控制点的大地坐标和像素坐标，演算生成大地坐标与像素坐标的转换校正模型；所述转换校正模型，是地质影像所表征的像素坐标系和地质空间所对应的大地坐标系之间的映射关系；
步骤E、根据步骤B所获取的地质影像，在相应的影像区域上绘制地质标记线，并记录标记线所对应的地质信息；
步骤F、读取地质标记线的像素坐标，由步骤D所获得的转换校正模型，计算获得地质标记线的大地坐标，并根据对应的地质信息，延展形成具有大地坐标的地质模型面；
步骤D具体包括：
步骤D1：获取每个控制点的像素坐标和其对应的大地坐标，每张地质影像的控制点数目至少为3；
步骤D2：针对每个控制点，分别构造三个三阶向量，每个向量的前两个分量为该控制点的像素坐标的横纵坐标值，第三个分量分别为该控制点的大地坐标的三个坐标值，并以此区分该向量校正类型；若有n个控制点，n≥3，可构造3n个三阶向量；
步骤D3：将所有校正类型相同的三阶向量的前两个分量作为自变量，将第三个分量作为因变量，采用最小二乘逼近插值法，构建二维插值模型；三种校正类型，共可构造三个二维插值模型。
2.如权利要求1所述的一种编录野外地质影像的地质标记解译建模方法，其特征在于，步骤A中所述欲进行地质编录的区域，是能够以平面或近似平面的方式记录地质信息和特征的地质区域，包括：边坡、洞室壁、地基面。
3.如权利要求1所述的一种编录野外地质影像的地质标记解译建模方法，其特征在于，步骤A中的控制点，是地质工作者根据现场勘探信息，人为标定的具有明显标识意义的点位；控制点的大地坐标信息可通过GPS、RTK测量手段获得。
4.如权利要求1所述的一种编录野外地质影像的地质标记解译建模方法，其特征在于，步骤C中的影像像素坐标，是地质控制点所对应的像素点在影像坐标系中的坐标值。
5.如权利要求1所述的一种编录野外地质影像的地质标记解译建模方法，其特征在于，步骤F中的地质标记线的大地坐标，是由地质标记线的像素坐标，分别利用步骤D3所获得的三个二维插值模型计算获得的。
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