近景攝影測量和紅外熱像儀測量矸石山表面溫度場方法
2023-05-05 04:00:21
專利名稱：近景攝影測量和紅外熱像儀測量矸石山表面溫度場方法
技術領域：
本發明屬於非接觸式測量和環境監測技術領域，特別涉及近景攝影測量和紅外熱像儀測量矸石山表面溫度場方法。
背景技術：
自燃煤矸石山對環境的危害和存在的環境風險很大，因此，自燃煤矸石山的治理已經成為當前研究的熱點。對自燃矸石山的治理關鍵是探明高溫區和著火點，以便採取相應的滅火和阻燃應對措施，達到治理的目的。國內外對煤矸石山的研究表明燃燒的主要表徵參數是溫度，可見，利用溫度的探測確定著火點的位置是可行的，因此，煤矸石山表面溫度場的探測就成為自燃煤矸石山治理的基礎和關鍵。 自燃煤矸石山表面溫度場測量的難題在於煤矸石山地形的測量尤其是燃燒、陡峭等難以到達區域的空間信息的獲取。煤矸石山危險區域溫度信息全面快速的獲取。紅外測溫屬於非接觸測溫的一種方法，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量來測定其表面溫度，在生產加工、電力、醫學、消防等方面都有廣泛的應用，也極大促進了紅外熱像儀的發展；從紅外熱像儀的原理來看，用其測量煤矸石山表面溫度信息是可行的，但是無法獲取空間坐標信息，即無法確定各溫度點的空間位置。本申請人已提出了基於全站儀和紅外熱像儀的煤矸石山表面溫度場測量方法(ZL201110005011. X)，於2012年7月4號授權，其中各溫度點的空間位置採用全站儀獲取，並需要測量所有標誌點；2012年8月8日公開的一種具有空間基準的矸石山表面溫度場的快速構建方法(申請號CN201210120593. 6)中，採用GPS RTK技術採集控制點坐標，並需要在矸石山上布設能夠控制整座矸石山並能夠反映矸石山的地貌變化特徵的控制點，其實施例中布設了二十個控制點。近景攝影測量是通過攝影手段確定目標的外形。多基線數字近景攝影測量系統是以計算機視覺原理(多基線)代替人眼雙目視覺(單基線)傳統攝影測量原理，從空間一個點由兩條光線交會的攝影測量基本法則變化為空間一個點由多條光線交會而成的全新概念，從而研發產生的一套全新的數字近景攝影測量系統。它能對普通單反數位相機獲得的影像，完成從自動空三測量到各種比例尺的線劃地形圖的生產，以及快速精密三維重建；可作為直接由地面攝影的數字影像中獲取測繪信息的軟體平臺。
發明內容
本發明的目的是為解決煤矸石山地形的測量尤其是燃燒、陡峭等難以到達區域的空間信息與溫度信息的快速獲得，提出一種近景攝影測量和紅外熱像儀測量矸石山表面溫度場方法，旨在將帶有地形信息的近景攝影測量影像和同一地區拼接後的熱紅外圖像進行疊加，實現煤矸石表面任意點溫度及空間信息的快速測量，為自燃煤矸石山的治理提供基礎支撐。本發明近景攝影測量和紅外熱像儀測量矸石山表面溫度場方法，其特徵在於，包括以下步驟I)煤矸石山熱紅外拍攝區域劃分和標誌點布設對煤矸石山進行現場勘查，確定煤矸石山表面面積和地形特點，布設拍攝機位；根據紅外熱像儀的像素值、解析度和拍攝機位與煤矸石山的距離，將煤矸石劃分為若干個熱紅外拍攝區域，每個拍攝區域對應紅外熱像儀的一幅圖像，由此計算出煤矸石山拍攝區域數和熱紅外成像的圖像數，各圖像邊緣保證5 —10%的重疊率。在每個熱紅外拍攝區域布設4個標誌點，且各標誌點在相鄰熱紅外拍攝區域所對應的圖像重疊區域內，用於熱紅外圖像的拼接；2)近景攝影測量拍攝基站及控制點布設根據煤矸石山及周邊的地形特點，布設用於近景攝影測量的拍攝基站，使得拍攝所得相鄰影像重疊率80%以上；在煤矸石山上均勻布設4-6個控制點，控制點選擇熱紅外圖像標誌點； 3)圖根控制點建立在近景攝影測量拍攝基站附近建立1-2個圖根控制點；採用全站儀與已知控制點聯測獲取圖根控制點的空間坐標信息(xffi，Yffi，Zk)；4)實地拍攝與測量用紅外熱像儀在拍攝機位對劃分好的拍攝區域逐一拍攝熱紅外圖像；用照相機在拍攝基站上拍攝煤矸石山的影像；採用全站儀與圖根控制點聯測獲取控制點的空間坐標信息(Xe，Ye, Ze)；5)熱紅外圖像數據處理利用相鄰熱紅外圖像重疊區域內對應的標誌點進行圖像拼接；利用控制點空間坐標信息中的平面坐標信息(Χε，γε)對拼接後的熱紅外圖像進行坐標轉換，獲得一幅包含整個煤矸石山任意一點平面坐標信息(Xa，Ya)和溫度信息(t)的熱紅外圖像；6)近景攝影測量影像數據處理用多基線近景攝影測量系統Lenshphoto V2. O處理照相機所拍攝的煤矸石山影像，並利用控制點的空間坐標信息(Xe，Ye，Ze)進行坐標轉換，獲得一幅包含煤整個矸石山任意一點空間坐標信息(XS，YS，ZS)的近景攝影測量影像；7)熱紅外圖像與近景攝影測量影像疊加將處理後的熱紅外圖像中(Xa，Ya)與近景攝影測量影像中(XS，YS)相等的點逐一對應，即可得到一幅煤矸石山的表面溫度場圖像，從該表面溫度場圖像獲得煤矸石山表面任意一點的溫度信息(t)和空間坐標信息(xs，
Y煤，z煤)。本發明主要具有以下技術優點I)野外工作量小。相對於米用全站儀和GPS RTK獲取煤砰石山表面空間坐標信息來說，採用近景攝影測量技術控制點僅為4-6個，減少了測量標誌點的數量，提高了野外工作效率；2)採用近景攝影測量技術可避免在燃燒、陡峭等難以到達區域布設控制點，提高了空間數據獲取的安全性。3 )近景攝影測量技術獲取的是煤矸石山表面的影像數據，表面溫度場表達形式直觀。
圖I為本發明方法流程圖。
圖2煤矸石山表面拍攝區域劃分及熱紅外圖像分幅的示意圖。圖3近景攝影測量的拍攝基站、圖根控制點布設及影像分幅的示意圖。圖4標誌點、控制點布設的示意圖。
具體實施例方式本發明提出的一種近景攝影測量和紅外熱像儀測量矸石山表面溫度場方法，結合附圖及實施例詳細說明如下本發明提出的一種近景攝影測量和紅外熱像儀測量矸石山表面溫度場方法，如圖I所示，包括以下步驟I)煤矸石山熱紅外拍攝區域劃分和標誌點布設對煤矸石山進行現場勘查，確定煤矸石山表面面積和地形特點，布設拍攝機位；根據紅外熱像儀的像素值、解析度和拍攝機位與煤矸石山的距離，將煤矸石劃分為若干個熱紅外拍攝區域，每個拍攝區域對應紅外熱像儀的一幅圖像，由此計算出煤矸石山拍攝區域數和熱紅外成像的圖像數，各圖像邊緣保證5-10%的重疊率。在每個熱紅外拍攝區域布設4個標誌點，且各標誌點在相鄰熱紅外拍攝區域所對應的圖像重疊區域內，用於熱紅外圖像的拼接；本實施例中採用DL-700C紅外熱像儀，解析度I. 3mrad，像素320X 240，如圖2所示，根據煤矸石山21的特點，布設拍攝機位22，由解析度X (拍攝機位22與煤矸石山21的距離)X像素，得到一幅紅外熱像儀圖像23可以拍攝的區域大小，劃分煤矸石山的熱紅外拍攝區域24。由於要求圖像邊緣有5-10%的重疊率，煤矸石山的熱紅外拍攝區域略小於紅外熱像儀圖像實際拍攝區域5-10%。如圖4(b)所示，在圖像23的重疊區域所對應的煤矸石山拍攝區域布設標誌點41、42 ；2)近景攝影測量拍攝基站及控制點布設根據煤矸石山及周邊的地形特點，布設用於近景攝影測量的拍攝基站，使得拍攝所得相鄰影像重疊率80%以上；在煤矸石山上均勻布設4-6個控制點，控制點選擇熱紅外圖像標誌點；本實施例中採用佳能EOS 5D MarkII相機，平行拍攝方式，如圖3所示，布設拍攝基站32，使得拍攝所得相鄰影像31重疊率達80%以上；如圖4(a)所示，在煤矸石山角點及中間位置大致均勻布設控制點42，控制點選擇熱紅外圖像標誌點；3)圖根控制點建立在近景攝影測量拍攝基站附近建立1-2個圖根控制點；採用全站儀與已知控制點聯測獲取圖根控制點的空間坐標信息(Xffi，Yffi，ZH);如圖3所示，在近景攝影測量拍攝基站附近建立圖根控制點33 ；4)實地拍攝與測量用紅外熱像儀在拍攝機位對劃分好的拍攝區域逐一拍攝熱紅外圖像；用照相機在拍攝基站上拍攝煤矸石山的影像；採用全站儀與圖根控制點聯測獲取控制點的空間坐標信息(Xe，Ye, Ze);如圖2所示，在拍攝機位21，用紅外熱像儀對劃分好的拍攝區域23逐一拍攝；如圖3所示，在拍攝基站32，用照相機拍攝煤矸石山的影像31。如圖4(a)所示，採用全站儀與圖根控制點33聯測獲取控制點42的空間坐標信息；5)熱紅外圖像數據處理利用相鄰熱紅外圖像重疊區域內對應的標誌點進行圖像拼接；利用控制點空間坐標信息中的平面坐標信息(Χε，γε)對拼接後的熱紅外圖像進行坐標轉換，獲得一幅包含整個煤矸石山任意一點平面坐標信息(Xa，Ya)和溫度信息(t)的熱紅外圖像；如圖4 (b)所示，利用熱紅外相鄰圖像23共用的標誌點41，將相鄰圖像逐一拼接；利用控制點42空間坐標信息中的平面坐標信息(Xe，Ye)進行坐標轉換；·
6)近景攝影測量影像數據處理用多基線近景攝影測量系統Lenshphoto V2. O處理照相機所拍攝的煤矸石山影像，並利用控制點的空間坐標信息(Xe，Ye，Ze)進行坐標轉換，獲得一幅包含煤整個矸石山任意一點空間坐標信息(XS，YS，ZS)的近景攝影測量影像；如圖4(a)所示，利用控制點42將近景攝影測量影像拼接並獲取煤矸石任意一點的空間坐標信息；7)熱紅外圖像與近景攝影測量影像疊加將處理後的熱紅外圖像中(Xa，Ya)與近景攝影測量影像中(XS，YS)相等的點逐一對應，即可得到一幅煤矸石山的表面溫度場圖 像，從該表面溫度場圖像獲得煤矸石山表面任意一點的溫度信息(t)和空間坐標信息(xs，
Y煤，z煤)。
權利要求
1.一種近景攝影測量和紅外熱像儀測量矸石山表面溫度場方法，其特徵在於，包括以下步驟1)煤矸石山熱紅外拍攝區域劃分和標誌點布設對煤矸石山進行現場勘查，確定煤矸石山表面面積和地形特點，布設拍攝機位；根據紅外熱像儀的像素值、解析度和拍攝機位與煤矸石山的距離，將煤矸石劃分為若干個熱紅外拍攝區域，每個拍攝區域對應紅外熱像儀的一幅圖像，由此計算出煤矸石山拍攝區域數和熱紅外成像的圖像數，各圖像邊緣保證5—10%的重疊率。在每個熱紅外拍攝區域布設4個標誌點，且各標誌點在相鄰熱紅外拍攝區域所對應的圖像重疊區域內，用於熱紅外圖像的拼接；2)近景攝影測量拍攝基站及控制點布設根據煤矸石山及周邊的地形特點，布設用於近景攝影測量的拍攝基站，使得拍攝所得相鄰影像重疊率80%以上；在煤矸石山上均勻布設4-6個控制點，控制點選擇熱紅外圖像標誌點；3)圖根控制點建立在近景攝影測量拍攝基站附近建立1-2個圖根控制點；採用全站儀與已知控制點聯測獲取圖根控制點的空間坐標信息(Xs，Ys，Ζκ)；4)實地拍攝與測量用紅外熱像儀在拍攝機位對劃分好的拍攝區域逐一拍攝熱紅外圖像；用照相機在拍攝基站上拍攝煤矸石山的影像；採用全站儀與圖根控制點聯測獲取控制點的空間坐標信息(Xe，Ye, Z控)；5)熱紅外圖像數據處理利用相鄰熱紅外圖像重疊區域內對應的標誌點進行圖像拼接；利用控制點空間坐標信息中的平面坐標信息(Xe，Ye)對拼接後的熱紅外圖像進行坐標轉換，獲得一幅包含整個煤矸石山任意一點平面坐標信息(Xa，Ya)和溫度信息(t)的熱紅外圖像；6)近景攝影測量影像數據處理用多基線近景攝影測量系統LenshphotoV2. O處理照相機所拍攝的煤矸石山影像，並利用控制點的空間坐標信息(Xe，Ye，Ze)進行坐標轉換，獲得一幅包含煤整個矸石山任意一點空間坐標信息(Xs，Yffi, Zffi)的近景攝影測量影像；7)熱紅外圖像與近景攝影測量影像疊加將處理後的熱紅外圖像中(Xa，Ya)與近景攝影測量影像中(Xs，Yffi)相等的點逐一對應，即可得到一幅煤矸石山的表面溫度場圖像，從該表面溫度場圖像獲得煤矸石山表面任意一點的溫度信息(t)和空間坐標信息(XS，YS，Z
全文摘要
本發明涉及近景攝影測量和紅外熱像儀測量矸石山表面溫度場方法，屬於非接觸式測量技術和環境監測技術領域，該方法包括將煤矸石劃分為若干拍攝區域，每個拍攝區域對應紅外熱像儀的一幅圖像，在每個拍攝區域布設4個標誌點,要求標誌點位於相鄰圖像重疊區域內；布設近景攝影測量的拍攝基站，並在煤矸石山布設4-6個控制點；建立1-2個圖根控制點；用紅外熱像儀拍攝煤矸石山表面溫度的熱紅外圖像；用照相機拍攝煤矸石山表面影像，用全站儀獲取圖根控制點和煤矸石山表面控制點的空間坐標信息。通過對獲取的圖像、影像進行拼接、坐標轉換，疊加後得到煤矸石山的表面溫度場圖像；從該表面溫度場圖像獲得煤矸石山表面任意一點的溫度信息和空間坐標信息。
文檔編號G01J5/00GK102927971SQ20121042999
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月31日 優先權日2012年10月31日
發明者胡振琪, 趙豔玲, 胡天睿, 史亞立 申請人:中國礦業大學(北京)