[发明专利]基于数字图像技术的沙石坑土方量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及沙石坑土方量的测量方法，特别是一种基于数字图像技术的沙石坑土方量测量方法，属于土地管理电子信息化技术领域。

背景技术

随着国家城镇化步伐的加快和各项建设事业的发展，我国砂石矿开采速度逐渐加快，但大都以中小规模为主。从二十世纪九十年代中后期到本世纪初，随着我国城市化进程的加快，特别是房地产业和道路等基础设施建设的快速发展，大中小城市对砂石料有着巨大的市场需求，挖沙采矿现象不断加剧，一度达到了失控状态，而且挖砂行为公司化、规模化及机械化特征十分明显。沙石坑的存在不仅恶化生态环境，破坏宝贵的土地资源，还对城市建设及城市管理和土地规划造成了不利的影响，因此治理和修复沙石坑至关重要。

以现有技术的测量手段对沙石坑现状调查主要包括沙石坑的深度和规模以及沙石坑土方量，从精度、生产周期、生产成本和制约条件等几方面分析，存在明显不足：

(1)航空激光扫描仪(航空LIDAR)：LIDAR系统在工作时通常都配有CCD相机，工作时沿测区设计航线采集地面点三维数据，数据获取完毕后可处理得到测区正射影像和地面高程模型(DEM)。LIDAR地面采集精度是相当高的，生产周期比较短，受气象条件的约束也比航空摄影要小一些。但生产成本仍然比较高，一般适用于大面积地形测量。

(2)地面激光扫描仪(地面LIDAR)：地面LIDAR采用非接触式高速激光测量方式，扫描仪对目标发射激光，根据激光发射和接收的时间差，计算出相应被测点与扫描仪的距离，再跟据水平向和垂直向的步进角距值，实时计算出被测点的三维坐标，即以点云的形式获取地形及复杂物体三维表面的阵列式几何图形数据。精度非常高，设备操作简单，自动化程度高。但是生产成本高，并且相比航空LIDAR，地面LIDAR的激光功率要小得多，所以其最大测量距离大多300m左右(反射率大于80％的条件下)，而通常地面反射率早20％以下，沙坑内则更低。

(3)外业实测：在外业实测中，首先布设GPS控制点，采用GPS卫星接收机进行控制点数据的采集，用全站仪补充GPS无法采集到的点的数据，高效、低成本地测量沙石坑内相应部分的地形变化。但这种外业实测都会存在数据采集不全、不准的情况，比如说地形变化处如沟、坎、堤、坡等上面有点下面无点或少点，也会受到天气和环境的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足之处，提供一种基于数字图像技术的沙石坑土方量测量方法，采用近景摄影测量技术，以掌上电脑和数码相机为主，基于GPS/RTK和双标志杆，实现了外业采集自动化，免去全站仪布设和采点，设备简单，操作方便，生产周期短，大大减少了外业工作量，降低了成本。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于数字图像技术的沙石坑土方量测量方法，其特征是设有：

(1)用于全球卫星定位的GNSS网络；

(2)外业数据采集系统：包括操作系统为Windows Mobile 5.0及以上版本且安装有外业数据采集软件的掌上电脑、数码相机、GPS/RTK设备；

(3)内业数据处理系统：设有内业数据处理软硬件，包括.NET Framework2.0且安装有内业数据处理系统的计算机；

首先进行外业测量，根据沙石坑地形，在沙石坑边缘布设控制点，运行在掌上电脑的外业软件，通过GNSS网络实时接收GPS定位结果，实时显示在掌上电脑上并保存在外业软件的GPSPoint点图层中，然后对GPSPoint点图层进行屏幕取点，将所布设的控制点按照顺序依次连接，构成沙坑边界线图层，保存在PDA中；选择控制点，把这些控制点作为像片控制点，在这些像片控制点上架设双标志杆，用数码相机对沙石坑内陷区以及双标志杆进行拍照，将像片与外业采集数据上传至内业数据处理系统，根据GPSPoint点图层和像片，解算单张像片信息，然后通过立体像对解算得到沙石坑内部点的三维坐标，利用沙石坑边界线图层文件建立三角网模型，对三角网模型进行计算，得到沙石坑深度和土方量。

上述方法可按以下具体步骤进行：

(1)影像图导入：内业数据处理系统通过访问地图数据库，下载地图数据，将该数据通过数据线导入外业数据采集系统的掌上电脑中，导航到沙石坑现场；