[發明專利]一種逐層開挖工程獲取整體三維影像的方法

在審

• 申請號: 201711027334.8
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107816952A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 王吉亮;施炎;陳又華;黃孝泉;廖立兵;郝文忠;康雙雙;周炳強;魏雨軍;謝天琦;楊靜;劉偉強;樊友忠
• 申請（專利權）人: 長江三峽勘測研究院有限公司（武漢）
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01C15/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明涉及巖土工程技術領域，尤其涉及一種逐層開挖工程獲取整體三維影像的方法。

背景技術

在巖土工程建設中，對于一些大型開挖工程(如水利水電壩肩邊坡，水電工程地下廠房等)，一般采用逐層開挖，逐層支護的方法進行施工。在單層開挖完成后，噴錨支護前，需對開挖面進行地質測繪，并收集影像資料，以記錄原始地質信息，便于后期分析及展示。

傳統影像的獲取一般采用數碼相機對開挖面進行連續、分幅拍攝。該方法成果不夠直觀，無法獲取開挖面的整體影像，不利于后期進一步的分析研究。

隨著三維數字圖像技術的發展，近年來出現的三維實景建模技術，可以通過對目標進行連續拍攝，采集一系列的二維照片，利用一定的計算得到形象直觀的三維實景模型。但該技術的局限性在于建模目標需是靜態的、照片的采集也必須在同一時刻完成，無法應用于獲取動態、變化的目標在特定時間與特定狀態下的三維影像。而大型邊坡、地下洞室等工程的開挖過程往往需要持續很長時間，其開挖面形態、狀態處于不斷變化之中，尤其對于工程師們關心的開挖面表面地質信息在現實環境下無法在同一時刻得到整體展現。

在巖土工程中，對于如何獲取類似大壩建基面等逐層開挖工程的整體三維影像，目前尚無行之有效的解決途徑。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中的缺陷，提供一種逐層開挖工程獲取整體三維影像的方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種逐層開挖工程獲取整體三維影像的方法，包括以下步驟：

1)首層開挖完成后，清理開挖面，獲得首層開挖面；

2)確定首層開挖面二維影像采集范圍；首層開挖面影像采集范圍為當前開挖面范圍；

3)標記點布置：首先在首層開挖面二維影像采集范圍內在開挖面底部區域水平方向布設一排標記點，并將該包括一排標記點的開挖面底部區域設為重疊區域，將此排標記點作為后期與下層模型重疊區域的拼接控制點；然后在開挖面內部均勻布設設定數量的標記點，作為該層的單層三維模型精度的校正控制點；

4)利用全站儀，分別測量拼接控制點及校正控制點的大地坐標；

5)利用無人機對首層開挖面進行連續拍攝，獲取該層開挖面一系列二維照片；

6)將獲取的照片、拼接控制點及校正控制點的坐標導入Smart3D三維影像合成軟件，合成首層開挖面三維影像模型；并在三維模型中獲取預留的檢查點坐標對比實際測量坐標進行精度校核，檢查三維影像坐標是否存在錯誤或者精度是否滿足要求；

7)進行第二層開挖完成后，清理開挖面，獲得該層開挖面；

8)確定第二層開挖面二維影像采集范圍；所述第二層開挖面二維影像采集范圍為當前層開挖面范圍和上層開挖面的重疊區域；

9)重復步驟4)至6)的方法，獲得第二層開挖面三維影像模型，之后各層影像采集過程與第二層相同，依次用該方法獲取各層開挖面三維影像模型；

10)利用層與層之間重疊區域的標記點坐標，對各層三維影像模型進行合成，裁剪重疊區域多余影像，形成最終的整體三維影像。

按上述方案，所述步驟3)中的拼接控制點采用噴漆方法布置，所述校正控制點利用紅外激光指示器布置。

按上述方案，所述重疊區域的拼接控制點，在水平方向同一直線上布設一排，拼接控制點之間的間距小于5m。

按上述方案，所述校正控制點是通過紅外激光指示器在開挖面內部區域均勻布設的標記點，標記點之間的間距相等，該標記點作為單層開挖面建模時的精度校正控制點。

按上述方案，所述步驟5)中，無人機飛行高度位于單層開挖面中心高程附近，航線與開挖面走向基本保持一致；相機視角盡量與巖面保持垂直，以保證相鄰照片視角差不超過15度，同時相鄰照片需保證70％重疊率，每張照片需至少包含4至6個噴漆標記點或激光標記點。

按上述方案，所述步驟6)中預留2至3個校正控制點不導入，作為單層三維模型的精度檢查點，其余校正控制點和拼接控制點均導入參與建模。

按上述方案，所述步驟9)中，若重疊區域內的拼接控制點標記因施工影響導致不可見，則利用全站儀及紅外激光指示器重新進行放樣標記。

本發明產生的有益效果是：

(1)獲取逐層開挖工程的整體三維影像模型，可反復、多角度、可追溯觀察分析，彌補了開挖面在混凝土覆蓋后無法進行深入研究的遺憾；

(2)實景影像配合高精度三維坐標點，為后續研究工作提供基礎；

(3)層與層之間保證一定的重疊，同時利用坐標點控制精度，保證了模型拼接效果。