一種編錄野外地質影像的地質標記解譯建模方法與流程
2023-10-08 12:27:14 2
本發明涉及一種根據地質勘測數據進行計算機地質建模、模擬和分析的方法，特別涉及一種編錄野外地質影像的地質標記解譯建模方法。
背景技術：
對地質信息的編錄一直以來是工程地質野外測繪工作的重要內容，是工程建設場地的地質情況的重要分析與評價依據。傳統的編錄手段主要依靠現場建立局部坐標進行地質信息的手工素描標記信息，隨著科技的發展，這種記錄地質信息的方式已逐漸不能滿足人們對效率以及準確度的要求。與此同時，攝影地質編錄已越來越成為倍受關注的地質編錄方法。
李浩[1]等人基於普通數位相機的數據採集及編錄系統數據處理所獲得的工程地質編錄成果，證明了數字攝影地質編錄技術路線的可行性。王鳳豔[2]等人在數字近景攝影測量測取結構面空間坐標的基礎上，應用立體幾何、方位概念和投影變換理論，提出並建立了基於空間坐標的結構面跡線三維模型、任一投影展示面的跡線二維模型和詳細判據的產狀解算模型。舒彬[3]等人發明了一種地質影像處理裝置以解決現有技術中的地質影像處理中難以獲得較大範圍的地面圖像的問題。于濤[4]等人發明了一種在衛星圖像中標記頁巖層的方法，解決了僅憑人為經驗對頁巖層進行尋找所導致的準確性較低的技術問題。
然而，對於大多數的理論成果及發明而言，都很少將重點放在野外環境中去討論。現場的測繪和編錄工作需要在保證精確的前提下儘可能的提高效率。現有的數字影像編錄手段並不能快速地分析提取作業面上的地質結構模型。因此，基於上述問題，本發明提供了一種編錄野外地質影像的地質標記解譯建模方法。
參考文獻：
[1]李浩,張友靜,華錫生,楊彪.硐室數字攝影地質編錄及其基本算法研究[J].武漢大學學報(信息科學版),2004,29(9),805-808.
[2]王鳳豔,陳劍平,楊國東,孫豐月,姜琦剛.基於數字近景攝影測量的巖體結構面幾何信息解算模型[J].吉林大學學報(地球科學版),2012,42(6),1839-1846.
[3]舒彬,張凱,陳凱,李叢雲,王友軍,任志善,周靜雷.地質影像的處理方法及裝置[P].發明專利ZL201110412529.0,2011.
[4]于濤,孟淑英,吳查查,郭曉波,趙磊.在衛星圖像中標記頁巖層的方法和裝置[P].發明專利ZL20130677049.1,2013.
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：提出一種編錄野外地質影像的地質標記解譯建模方法，用以根據野外地質勘測獲得的地質影像信息和人工標記進行計算機處理、快速重構影像標記所反映的地質模型。
本發明解決上述技術問題所採用的方案是：
一種編錄野外地質影像的地質標記解譯建模方法，包括以下步驟：
步驟A、對欲進行地質編錄的區域進行定位，並設置控制點；
步驟B、選取拍攝角度，採用可攜式數碼影像採集設備獲取欲編錄區域的地質影像；
步驟C、在地質影像上標記出所設定的控制點，記錄該點的影像像素坐標，並與其大地坐標相匹配；
步驟D、根據控制點的大地坐標和像素坐標，演算生成大地坐標與像素坐標的轉換校正模型；
步驟E、根據步驟B所獲取的地質影像，在相應的影像區域上繪製地質標記線，並記錄標記線所對應的地質信息；
步驟F、讀取地質標記線的像素坐標，由步驟D所獲得的轉換校正模型，計算獲得地質標記線的大地坐標，並根據對應的地質信息，延展形成具有大地坐標的地質模型面。
作為進一步優化，步驟A中所述欲進行地質編錄的區域，是能夠以平面或近似平面的方式記錄地質信息和特徵的地質區域，包括：邊坡、洞室壁、地基面。
作為進一步優化，步驟A中的控制點，是地質工作者根據現場勘探信息，人為標定的具有明顯標識意義的點位；控制點的大地坐標信息可通過GPS、RTK測量手段獲得。
作為進一步優化，步驟C中的影像像素坐標，是地質控制點所對應的像素點在影像坐標系中的坐標值。
作為進一步優化，步驟D的轉換校正模型，是地質影像所表徵的像素坐標系和地質空間所對應的大地坐標系之間的映射關係。
作為進一步優化，步驟D具體包括：
步驟D1：獲取每個控制點的像素坐標和其對應的大地坐標，每張地質影像的控制點數目至少為3；
步驟D2：針對每個控制點，分別構造三個三階向量，每個向量的前兩個分量為該控制點的像素坐標的橫縱坐標值，第三個分量分別為該控制點的大地坐標的三個坐標值，並以此區分該向量校正類型；若有n個控制點(n≥3)，可構造3n個三階向量；
步驟D3：將所有校正類型相同的三階向量的前兩個分量作為自變量，將第三個分量作為因變量，採用最小二乘逼近插值法，構建二維插值模型；三種校正類型，共可構造三個二維插值模型。
作為進一步優化，步驟F中的地質標記線的大地坐標，是由地質標記線的像素坐標，分別利用步驟D3所獲得的三個二維插值模型計算獲得的。
本發明的有益效果是：
利用野外現場的作業面影像和人工標記地質信息，該方法能夠在野外現場根據相應校正控制手段實時快速地對作業面上的地質標記信息進行解譯分析，並實時生成作業面上的三維地質模型。
附圖說明
圖1為編錄野外地質影像的地質標記解譯建模方法流程圖。
具體實施方式
本發明旨在提出一種編錄野外地質影像的地質標記解譯建模方法，用以根據野外地質勘測獲得的地質影像信息和人工標記進行計算機處理、重構影像標記所反映的地質模型，用於地質建模、模擬和分析的系統。
如圖1所示，本發明中的編錄野外地質影像的地質標記解譯建模方法包括以下步驟：
步驟A、對欲進行地質編錄的區域進行定位，並設置若干控制點；
步驟B、選取合適的拍攝角度，採用可攜式數碼影像採集設備，獲取欲編錄區域的地質影像；
步驟C、在地質影像上標記出步驟A所設定的控制點，記錄該點的影像像素坐標，並與其大地坐標相匹配；
步驟D、根據控制點的大地坐標和像素坐標，演算生成大地坐標與像素坐標的轉換校正模型；
步驟E、地質工作者根據步驟B所獲取的地質影像，在相應的影像區域上繪製地質標記線，並記錄標記線所對應的地質信息；
步驟F、讀取地質標記線的像素坐標，由步驟D所獲得的轉換校正模型，計算獲得地質標記線的大地坐標，並根據對應的地質信息，延展形成具有大地坐標的地質模型面。
本發明一個實施例如下：
某水利水電工程壩區邊坡出現裂縫，給工程安全帶來很大問題，對此利用二維圖像解譯為三維建模的方法進行結構面建模，並可以將三維模型導入GOCAD軟體進行進一步分析。
(1)獲取現場的二維圖像；
(2)獲取校正控制點，最少選取三個控制點，也可以選取三個以上，多餘的點用來檢驗選取的控制點是否準確，本例中選取6個控制點；
(3)解算校正模型，地面點坐標X,Y,Z，像點坐標x,y及攝站點坐標Xs,Ys,Zs之間的嚴格數學關係為：
式中：x,y為像點的平面坐標；X,Y,Z為物方點的物方空間坐標；f為主距；Xs,Ys,Zs為像片的六個外方位元素中的三個直線元素；ai,bi,ci(i＝1,2,3)為像片的外方位元素中的三個角元素組成的9個方向餘弦。
影像外定向所需的六個外方位元素，主要在已知主距、像距以及控制點的空間坐標情況下，根據上式迭代計算得出。通過影像外定向，可消除由於成像角度和距離不合適所造成的影像畸變差，還原像素坐標與空間坐標的線性對應關係。
(1)在像素網格上繪製地質標記線以表示結構面。
(2)根據標記線，解譯地質標記真實坐標，將二維圖像的坐標代入解算校正模型獲得的數學公式內，迭代計算，得出結構面真實坐標。
(3)生成三維結構面模型。