基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法及系统技术方案

本申请实施例公开了一种基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法及系统，通过北斗对北斗接收机集成的第一靶标进行定位测量，通过相机对第一靶标进行拍摄，计算获得相机的位姿，同时相机拍摄未与北斗接收机集成的第三靶标，计算第三靶标的坐标。本方法解决了现有表面位移监测方法中，北斗卫星定位的表面位移监测技术在卫星信号弱的场景下的无法精确定位的问题，能够对地质灾害的发生提供预警，避免人员伤亡和财产损失，还能够修正因相机和第一靶标本身的位姿变化带来的系统性误差影响。一靶标本身的位姿变化带来的系统性误差影响。一靶标本身的位姿变化带来的系统性误差影响。

【技术实现步骤摘要】
基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法及系统


[0001]本申请涉及表面位移监测
，特别涉及一种基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法及系统。

技术介绍

[0002]基于北斗卫星导航系统在地表位移监测领域已经获得了广泛的应用。表面位移监测能够在关键时刻对地质灾害的发生提供预警，避免人员伤亡和财产损失。
[0003]北斗卫星导航定位接收机通过实时动态(RTK)差分技术，可以对监测点进行毫米级的高精度表面位移监测，然而受限于北斗卫星的定位原理，监测点的选址必须在设置在北斗卫星信号开阔无遮挡的地方。
[0004]基于视觉的表面位移监测方法虽然同样可以用于表面位移的高精度测量和监测，且不受限于北斗卫星信号观测环境的要求，然而，目前的基于计算机视觉的表面位移检测方法并不能修正因相机和参考靶标本身的位姿变化带来的系统性误差影响，且仅能检测待测靶标在其所在竖直平面的水平和垂直两个方向的位移变化量。

技术实现思路

[0005]本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本申请提出一种基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法及系统，能够修正因相机和第一靶标本身的位姿变化带来的系统性误差影响，还能解决北斗卫星定位的表面位移监测技术在卫星信号弱的场景下的无法精确定位的问题。
[0006]本申请的第一方面，提供了一种基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法，适用于监测区域中的监测点的表面位移监测，其中，所述监测区域内设置第一级监测点、第二级监测点和第三级监测点，所述第一级监测点的数量至少为三个且每一个所述第一级监测点均设置有集成一个第一靶标的接收机，所述第三级监测点设置有第三靶标，所述第二级监测点设置有相机且所述相机的视场覆盖所有所述第一靶标和所述第三靶标；所述方法包括：
[0007]获取所有所述接收机接收的北斗定位信号，根据所有所述北斗定位信号，计算每一个所述第一靶标的第一三维坐标；
[0008]获取所述相机拍摄的图像，根据所述图像计算每一个所述第一靶标和所述第三靶标在图像坐标系中的二维坐标；并根据所有所述第一三维坐标和所有所述第一靶标在图像坐标系中的二维坐标，计算所述相机的第二三维坐标；
[0009]根据所述第一靶标的第一三维坐标、所述第一靶标在图像坐标系中的二维坐标和所述第三靶标在图像坐标系中的二维坐标，计算所述第三靶标的第三三维坐标；
[0010]根据前后两次测量的所述第一三维坐标、所述第二三维坐标和所述第三三维坐标，计算所有所述第一级监测点、所述第二级监测点和所述第三级监测点的表面位移变化量。
[0011]本申请的第一方面至少具有如下有益效果：
[0012](1)本方法通过北斗与计算机视觉相互融合，解决在某一监测项目中，单独使用一种监测方案的局限性，能够得到多个监测点的表面位移变化量，对地质灾害的发生提供预警，避免人员伤亡和财产损失。
[0013](2)本方法直接利用北斗定位技术对第一靶标进行定位，并通过北斗定位进行不断的修正；通过布设的相机，拍摄至少三个第一靶标，可确定相机的姿态，因为三个参考靶标的坐标可以通过北斗定位进行不断的修正，进而，相机的姿态也可以获得修正。因此本方法能够修正因相机和第一靶标本身的位姿变化带来的系统性误差影响。
[0014](3)解决了现有表面位移监测方法中，北斗卫星定位的表面位移监测技术在卫星信号弱的场景下的无法精确定位的问题。
[0015]根据本申请的一些实施例，所述获取所有所述接收机接收的北斗定位信号，根据所有所述北斗定位信号，计算每一个所述第一靶标的第一三维坐标，包括：
[0016]获取所述接收机接收的覆盖所述监测区域的北斗连续运行参考站网络播发的参考坐标和差分数据；
[0017]根据所述参考坐标和所述差分数据进行基线解算，得到所述接收机的天线的三维坐标；
[0018]根据每一个所述接收机的天线和对应所述第一靶标的坐标关系，分别计算得到每一个所述第一靶标在CGCS2000大地坐标系中的第一三维坐标。
[0019]根据本申请的一些实施例，所述根据所有所述第一三维坐标和所有所述第一靶标在图像坐标系中的二维坐标，计算所述相机的第二三维坐标，包括：
[0020]根据所述图像建立图像坐标系；
[0021]根据每一个所述第一靶标和所述第三靶标在所述图像上的成像点，计算每一个所述第一靶标和所述第三靶标在所述图像坐标系上的二维坐标。
[0022]根据本申请的一些实施例，所述第一级监测点的数量为三个。
[0023]根据本申请的一些实施例，所述根据所有所述第一三维坐标和所有所述第一靶标在图像坐标系中的二维坐标，计算所述相机的第二三维坐标，包括：
[0024]令所述相机在所述CGCS2000大地坐标系中的第二三维坐标为c＝[X
O
,Y
O
,Z
O
]；令第1个所述第一靶标的第一三维坐标为[X
A
,Y
A
,Z
A
]，第2个所述第一靶标的第一三维坐标为[X
B
,Y
B
,Z
B
]，第3个所述第一靶标的第一三维坐标为[X
C
,Y
C
,Z
C
]；
[0025]根据[X
A
,Y
A
,Z
A
],[X
B
,Y
B
,Z
B
],[X
C
,Y
C
,Z
C
]，计算得到：
[0026][0027][0028][0029]其中，表示[X
A
,Y
A
,Z
A
]与[X
B
,Y
B
,Z
B
]之间直线距离的平方；表示[X
B
,Y
B
,Z
B
]与[X
C
,Y
C
,Z
C
]之间直线距离的平方；表示[X
C
,Y
C
,Z
C
]与[X
A
,Y
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,Z
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]之间直线距离的平方；x
A
表示[X
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A
,Z
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]与[X
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,Z
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]之间的直线距离；x
B
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,Z
B
]与[X
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,Y
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]之间的直线距离；x
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,Z
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法，其特征在于，适用于监测区域中的监测点的表面位移监测，其中，所述监测区域内设置第一级监测点、第二级监测点和第三级监测点，所述第一级监测点的数量至少为三个且每一个所述第一级监测点均设置有集成一个第一靶标的接收机，所述第三级监测点设置有第三靶标，所述第二级监测点设置有相机且所述相机的视场覆盖所有所述第一靶标和所述第三靶标；所述方法包括：获取所有所述接收机接收的北斗定位信号，根据所有所述北斗定位信号，计算每一个所述第一靶标的第一三维坐标；获取所述相机拍摄的图像，根据所述图像计算每一个所述第一靶标和所述第三靶标在图像坐标系中的二维坐标；并根据所有所述第一三维坐标和所有所述第一靶标在图像坐标系中的二维坐标，计算所述相机的第二三维坐标；根据所述第一靶标的第一三维坐标、所述第一靶标在图像坐标系中的二维坐标和所述第三靶标在图像坐标系中的二维坐标，计算所述第三靶标的第三三维坐标；根据前后两次测量的所述第一三维坐标、所述第二三维坐标和所述第三三维坐标，计算所有所述第一级监测点、所述第二级监测点和所述第三级监测点的表面位移变化量。2.根据权利要求1所述的基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法，其特征在于，所述获取所有所述接收机接收的北斗定位信号，根据所有所述北斗定位信号，计算每一个所述第一靶标的第一三维坐标，包括：获取所述接收机接收的覆盖所述监测区域的北斗连续运行参考站网络播发的参考坐标和差分数据；根据所述参考坐标和所述差分数据进行基线解算，得到所述接收机的天线的三维坐标；根据每一个所述接收机的天线和对应所述第一靶标的坐标关系，分别计算得到每一个所述第一靶标在CGCS2000大地坐标系中的第一三维坐标。3.根据权利要求2所述的基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法，其特征在于，所述根据所有所述第一三维坐标和所有所述第一靶标在图像坐标系中的二维坐标，计算所述相机的第二三维坐标，包括：根据所述图像建立图像坐标系；根据每一个所述第一靶标和所述第三靶标在所述图像上的成像点，计算每一个所述第一靶标和所述第三靶标在所述图像坐标系上的二维坐标。4.根据权利要求3所述的基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法，其特征在于，所述第一级监测点的数量为三个。5.根据权利要求4所述的基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法，其特征在于，所述根据所有所述第一三维坐标和所有所述第一靶标在图像坐标系中的二维坐标，计算所述相机的第二三维坐标，包括：令所述相机在所述CGCS2000大地坐标系中的第二三维坐标为c＝[X
O
,Y
O
,Z
O
]；令第1个所述第一靶标的第一三维坐标为[X
A
,Y
A
,Z
A
]，第2个所述第一靶标的第一三维坐标为[X
B
,Y
B
,Z
B
]，第3个所述第一靶标的第一三维坐标为[X
C
,Y
C
,Z
C
]；根据[X
A
,Y
A
,Z
A
],[X
B
,Y
B
,Z
B
],[X
C
,Y
C
,Z
C
]，计算得到：
其中，表示[X
A
,Y
A
,Z
A
]与[X
B
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B
,Z
B
]之间直线距离的平方；表示[X
B
,Y
B
,Z
B
]与[X
C
,Y
C
,Z
C
]之间直线距离的平方；表示[X
C
,Y
C
,Z
C
]与[X
A
,Y
A
,Z
A
]之间直线距离的平方；x
A
表示[X
A
,Y
A
,Z
A
]与[X
O
,Y
O
,Z
O
]之间的直线距离；x
B
表示[X
B
,Y
B
,Z
B
]与[X
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O
,Z
O
]之间的直线距离；x
C
表示[X
C
,Y
C
,Z
C
]与[X
O
,Y
O
,Z
O
]之间的直线距离；cosθ
AB
表示角θ
AB
的余弦值；cosθ
BC
表示角θ
BC
的余弦值；cosθ
CA
表示角θ
CA
的余弦值；角θ
AB
表示[X
A
,Y
A
,Z
A
]、[X
B
,Y
B
,Z
...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘雨，赵星宇，杨世忠，欧高亮，
申请(专利权)人：湖南北斗微芯产业发展有限公司，
类型：发明
国别省市：