CN110864674A - 面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法 - Google Patents

面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110864674A
CN110864674A CN201911132676.5A CN201911132676A CN110864674A CN 110864674 A CN110864674 A CN 110864674A CN 201911132676 A CN201911132676 A CN 201911132676A CN 110864674 A CN110864674 A CN 110864674A
Authority
CN
China
Prior art keywords
analyzed
grid
earth
scene
area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911132676.5A
Other languages
English (en)
Inventor
杜文祥
齐越
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao Research Institute Of Beihang University
Original Assignee
Qingdao Research Institute Of Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao Research Institute Of Beihang University filed Critical Qingdao Research Institute Of Beihang University
Priority to CN201911132676.5A priority Critical patent/CN110864674A/zh
Publication of CN110864674A publication Critical patent/CN110864674A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/04—Interpretation of pictures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/28—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring areas

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Processing Or Creating Images (AREA)

Abstract

本发明所述面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，基于航拍倾斜摄影获得的二维图像数据进行三维地形模型的重建，以采取网格法进行土石方量计算，从而测量出较为准确的土石方体积，实现提高土石方测量的效率与精度、节约人工与时间成本的设计目的。包括有以下步骤：步骤A，选定待分析区域，计算得出待分析区域包围的面积；步骤B，构造待分析区域的最小包围矩形；步骤C，设置细分参数，对待分析区域进行网格细分并筛选；步骤D，计算每个有效网格的中心点与三维场景模型的表面交点；步骤E，计算每个有效网格所占体积，统计有效网格体积的和以得出土石方量。

Description

面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法
技术领域
本发明应用于复杂地形的土石方工程领域，具体地涉及一种基于航拍倾斜摄影建模方式进行土石方工程量测量的方法。
背景技术
近年来，随着航拍数字摄影测量技术的快速发展，特别是各种无人机 (固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机等)航拍技术越发成熟，在搭载多种传感器(三维激光扫描仪、多光谱成像仪、专业数码相机等)平台后能够提供更为丰富和多样的数字测量产品。
土石方工作量测量是通过设计与原始场地进行对比，计算出场内设计标高面以上的、需要挖掘出的土石方量，以及设计标高面以下需要填入的土石方量，由此推算出计划运进、运出的土石方量。土石方测量和计算是工程项目中一项非常重要的内容，其所测量与计算出的结果直接关系到工程实际造价的大小，以及投资总额和资金分配等问题。
如何在节省人工与时间成本的前提下，实现快速、准确地测量出实际土石方量，提高工程作业效率与精度，一直是本领域急需解决的课题难点。
有鉴于此，特提出本专利申请。
发明内容
本发明所述面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，其目的在于解决上述现有技术存在的技术难点而基于航拍倾斜摄影获得的二维图像数据进行待分析区域三维地形模型的重建，以采取网格法进行土石方量计算与分析，从而测量出较为准确的土石方体积，实现提高土石方测量的效率与精度、节约人工与时间成本的设计目的。
为实现上述设计目的，所述面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，主要包括有以下步骤：
步骤A，选定待分析区域，利用航拍获取二维数字影像，计算得出待分析区域包围的面积；
步骤B，构造待分析区域的最小包围矩形；
步骤C，设置细分参数，对待分析区域进行网格细分，并对有效网格进行筛选；
步骤D，计算每个有效网格的中心点与三维场景模型的表面交点，并获取中心点和交点之间的高度差；
步骤E，计算每个有效网格所占体积，统计所有有效网格体积的和以得出待分析区域的土石方体积的近似值。
如上述设计构思，本申请采取航拍手段获取二维数字影像，以快速地构建空间三维DEM模型。基于航拍大场景倾斜数据作为智能化测图的有效导入数据，改变了现有工程领域采用全站仪测量线路等传统的工程土石方量测量方式，省时省力省成本。
进一步地，所述的步骤A中，待分析区域包围的面积采用细分三角形方法计算。
所述的步骤B中，采用Graham算法计算待分析区域的凸包，基于凸包边与包围盒的关系求解得出二维最小轴向包围盒。
所述的步骤C中，通过自定义细分参数的值，对包围盒进行网格划分；划分过程中，依据坐标点的关系提取出落在待分析区域内的网格坐标点。
所述的步骤D和E中，求解过每个网格中点的法线与三维场景模型的交点，以交点和中点之间的距离作为体素网格的高求解每个细分网格的体素体积，累积所有体素网格的体积作为整个土石方分析区域的体积近似值。
综上，本申请面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法具有的优点和有益效果是：
1、能够根据不同的复杂地形实现精准测量，通过如无人机等航拍手段采集的数据基本不受地形的影响，且能重建出复杂的三维数字地形、同时又能保证较高的精度；
2、通过航摄作业得到的待测区域倾斜摄影图像，能够实现像控点的空中布设，减轻了外业人员的工作量；
3、实现不影响待分析区域植被覆盖等因素，测量过程中无需进行挖填，提高了测量和计算的效率与准确性；
4、解决了现有土石方测量方法外出作业采集效率较低、测算精度较低的现状，本申请基于倾斜摄影测量技术能够快速获取现场数据，提高土石方测量效率，精度相对于传统测算方法较高，对工程的工期、投资和规划设计都有着重要的意义。
附图说明
图1是本申请所述测量方法的流程示意图；
图2为待测量地形的三维数字展示图；
图3为框选出待分析区域的图示；
图4为多边形划分示意图；
图5为网格化有效区域示意图；
图6为计算结果展示出的土石方量示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施示例对本发明作进一步详细地描述，实施例部分是了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，本申请要求保护的范围并不局限于以下内容。
如图1所示，本申请提出面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，该方法包括有以下步骤：
步骤A，选定待分析区域，利用航拍获取二维数字影像，计算得出待分析区域包围的面积；
步骤B，构造待分析区域的最小包围矩形；
步骤C，设置细分参数，对待分析区域进行网格细分，并对有效网格进行筛选；
步骤D，计算每个有效网格的中心点与三维场景模型的表面交点，并获取中心点和交点之间的高度差；
步骤E，计算每个有效网格所占体积，统计所有有效网格体积的和以得出待分析区域的土石方体积的近似值。
所述的步骤A中，首先，基于无人机对待测区域进行数据采集；
在使用无人机对指定区域进行数据采集时，对同一个区域分别从5个不同的视角(1个垂直方向，东南西北4个倾斜方向)采集影像，通过无人机搭载的GPS-RTK定位传感器定位出无人机在天空中的实际高度和位置参数。设定无人机飞行的路径、航向重叠度为60％、旁向重叠度80％、设置默认飞行速度、相机角度为45度；然后，将获取的带有地理位置信息的图片导入到三维建模软件中重建三维数字模型；重建模型时，选择三维数字地形的输出格式为切片格式；最后，将重建好的数字模型进行可视化展示，并框选出待分析区域，如图2和图3所示。
其中，待分析区域包围的面积采用细分三角形方法计算。
将获取的图像数据传入到实景建模软件中，经过处理生成地形的点云数。在实景建模软件中设置像控点，可进一步地对点云数据结果进行矫正。随后，通过对比GPS-RTK设备测量结果，确定点云的精度；将经过对比和修正后的点云数据进行Delaunay三角化并最终构造出地形网格。
所述的步骤B中，采用Graham算法计算待分析区域的凸包，基于凸包边与包围盒的关系求解得出二维最小轴向包围盒。
如图4所示，所构建的多边形顶点是几何控制点；
所述的步骤C中，通过自定义细分参数的值，对包围盒进行网格划分；划分过程中，依据坐标点的关系提取出落在待分析区域内的网格坐标点。
具体地，提取框选区域多边形的控制点，将控制点首尾相连构造多边形区域的包围边界P，然后求解该多边形P所包围的底面面积S。计算过程如下：
(1)顺次遍历P的所有控制点；
(2)选择初始控制点A，并由控制点A向B做向量，构造向量AB；同时，由A向C构造向量AC；
(3)根据向量内积的几何意义；
则计三角形ABC的面积sABC＝AB·AC/2；
(4)重复步骤(1)至(3)并依次构造三角形，求解所有三角形面积的和，以作为多边形P的面积S；
求解出P的面积之后，定义网格化密度参数n，则每个体素网格的底面网格边长定义为；然后，求解P的二维凸包，基于凸包构造P的轴向最小包围矩形B；最后，以1为边长，对B划分网格，网格划分如图5所示。
所述的步骤D和E中，求解过每个网格中点的法线与三维场景模型的交点，以交点和中点之间的距离作为体素网格的高求解每个细分网格的体素体积，累积所有体素网格的体积作为整个土石方分析区域的体积近似值。
具体地，在划分网格的同时计算每个网格的中心点坐标，选取落在多边形P内的网格中点pi作为有效网格点。
以pi为网格中点，1为网格底面边长进行长方体构造，以pi法线方向做直线与重建的三维数字模型上表面交于点p′i，以pi和p′i两点之间的距离为高h而构造出体素网格，通过累积计算所有有效体素网格的体积和作为选定区域土石方体积的近似。
计算结果如图6所展示的。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，其特征在于：包括有以下步骤，
步骤A，选定待分析区域，利用航拍获取二维数字影像，计算得出待分析区域包围的面积；
步骤B，构造待分析区域的最小包围矩形；
步骤C，设置细分参数，对待分析区域进行网格细分，并对有效网格进行筛选；
步骤D，计算每个有效网格的中心点与三维场景模型的表面交点，并获取中心点和交点之间的高度差；
步骤E，计算每个有效网格所占体积，统计所有有效网格体积的和以得出待分析区域的土石方体积的近似值。
2.根据权利要求1所述的面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，其特征在于：所述的步骤A中，待分析区域包围的面积采用细分三角形方法计算。
3.根据权利要求2所述的面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，其特征在于：所述的步骤B中，采用Graham算法计算待分析区域的凸包，基于凸包边与包围盒的关系求解得出二维最小轴向包围盒。
4.根据权利要求3所述的面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，其特征在于：所述的步骤C中，通过自定义细分参数的值，对包围盒进行网格划分；划分过程中，依据坐标点的关系提取出落在待分析区域内的网格坐标点。
5.根据权利要求4所述的面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法，其特征在于：所述的步骤D和E中，求解过每个网格中点的法线与三维场景模型的交点，以交点和中点之间的距离作为体素网格的高求解每个细分网格的体素体积，累积所有体素网格的体积作为整个土石方分析区域的体积近似值。
CN201911132676.5A 2019-11-19 2019-11-19 面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法 Pending CN110864674A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911132676.5A CN110864674A (zh) 2019-11-19 2019-11-19 面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911132676.5A CN110864674A (zh) 2019-11-19 2019-11-19 面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110864674A true CN110864674A (zh) 2020-03-06

Family

ID=69655704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911132676.5A Pending CN110864674A (zh) 2019-11-19 2019-11-19 面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110864674A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111310320A (zh) * 2020-02-07 2020-06-19 北京科技大学 一种基于倾斜摄影和体素的建筑群火灾模拟建模方法
CN111667569A (zh) * 2020-06-02 2020-09-15 重庆数地科技有限公司 一种基于Rhino及Grasshopper的三维实景土方可视化精准测算方法
CN112432596A (zh) * 2021-01-27 2021-03-02 长沙智能驾驶研究院有限公司 空间测量方法、装置、电子设备及计算机存储介质
CN112560141A (zh) * 2020-12-11 2021-03-26 中建八局第二建设有限公司 一种公路路基已完土石方量求取方法及系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105783810A (zh) * 2016-04-15 2016-07-20 昆山数字城市信息技术有限公司 基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法
CN106485766A (zh) * 2016-10-21 2017-03-08 西南大学 一种约束Delaunay三角网的并行构建方法
CN107421501A (zh) * 2017-03-02 2017-12-01 舜元建设(集团)有限公司 一种结合倾斜摄影、rtk和bim技术的土石方测量计算方法
CN110285792A (zh) * 2019-07-02 2019-09-27 山东省交通规划设计院 一种无人机倾斜摄影精细格网土方计量方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105783810A (zh) * 2016-04-15 2016-07-20 昆山数字城市信息技术有限公司 基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法
CN106485766A (zh) * 2016-10-21 2017-03-08 西南大学 一种约束Delaunay三角网的并行构建方法
CN107421501A (zh) * 2017-03-02 2017-12-01 舜元建设(集团)有限公司 一种结合倾斜摄影、rtk和bim技术的土石方测量计算方法
CN110285792A (zh) * 2019-07-02 2019-09-27 山东省交通规划设计院 一种无人机倾斜摄影精细格网土方计量方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111310320A (zh) * 2020-02-07 2020-06-19 北京科技大学 一种基于倾斜摄影和体素的建筑群火灾模拟建模方法
CN111667569A (zh) * 2020-06-02 2020-09-15 重庆数地科技有限公司 一种基于Rhino及Grasshopper的三维实景土方可视化精准测算方法
CN111667569B (zh) * 2020-06-02 2023-07-18 重庆数地科技有限公司 一种基于Rhino及Grasshopper的三维实景土方可视化精准测算方法
CN112560141A (zh) * 2020-12-11 2021-03-26 中建八局第二建设有限公司 一种公路路基已完土石方量求取方法及系统
CN112432596A (zh) * 2021-01-27 2021-03-02 长沙智能驾驶研究院有限公司 空间测量方法、装置、电子设备及计算机存储介质
CN112432596B (zh) * 2021-01-27 2021-05-25 长沙智能驾驶研究院有限公司 空间测量方法、装置、电子设备及计算机存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110864674A (zh) 面向大场景倾斜摄影数据的土石方测量方法
CN105783810B (zh) 基于无人机摄影技术的工程土方量测量方法
CN111597666B (zh) 一种将bim应用到变电站建设过程的方法
CN102506824B (zh) 一种城市低空无人机系统生成数字正射影像图的方法
CN109242862B (zh) 一种实时的数字表面模型生成方法
CN111724477A (zh) 一种多源数据融合构建多层次三维地形模型方法
CN109520479A (zh) 基于无人机倾斜摄影辅助土方开挖施工的方法
CN111091613A (zh) 基于无人机航测的三维实景建模方法
KR102104304B1 (ko) 굴삭기 전용 3d 스캐너를 이용한 토공 지형정보 실시간 모델링 시스템 및 방법
Holenstein et al. Watertight surface reconstruction of caves from 3D laser data
CN111667569B (zh) 一种基于Rhino及Grasshopper的三维实景土方可视化精准测算方法
CN111899332A (zh) 一种基于倾斜摄影测量技术的架空输电线路三维设计方法
Chiabrando et al. UAV oblique photogrammetry and lidar data acquisition for 3D documentation of the Hercules Fountain
Stroner et al. Comparison of 2.5 D volume calculation methods and software solutions using point clouds scanned before and after mining
CN110880202A (zh) 一种三维地形模型创建方法、装置、设备及存储介质
CN111986074A (zh) 一种真正射影像制作方法、装置、设备及存储介质
Widyaningrum et al. Comprehensive comparison of two image-based point clouds from aerial photos with airborne LiDAR for large-scale mapping
CN114283070B (zh) 融合无人机影像与激光点云的地形断面制作方法
Palanirajan et al. Efficient flight planning for building façade 3D reconstruction
CN111006645A (zh) 基于运动与结构重建的无人机测绘方法
WO2022104251A1 (en) Image analysis for aerial images
MOKRANE et al. DEM generation based on UAV photogrammetry
CN113252009A (zh) 一种基于无人机航测技术的土石方计算方法
Pepe et al. 4D geomatics monitoring of a quarry for the calculation of extracted volumes by tin and grid model: Contribute of UAV photogrammetry
Siriba et al. Improvement of volume estimation of stockpile of earthworks using a concave hull-footprint

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200306