摄影测量方法在工程应用中的关键技术研究

发布时间：2018-12-21 08:18

【摘要】：对已建、在建的各类工程项目进行周期性的测量和监控,是保障其安全运营与生产的关键。摄影测量方法具有非接触、效率高、成本低、测量精度高的特点,被广泛应用到各类工程建设项目中。而当前摄影测量方法在工程应用中的现状是仍然照搬航空摄影测量处理流程和方法,缺少专门针对工程应用特点而研究和改进的摄影测量相关理论和方法。这大大限制了摄影测量方法在工程中的应用范围。因此,进行针对工程应用特点的摄影测量理论和方法研究,成为摄影测量与工程测量学科交叉发展的迫切需求。考虑到摄影测量方法在工程测量应用中的巨大需求以及传统摄影测量方法、流程等在工程测量应用中的局限性,本文针对工程应用实际特点进行研究,对传统摄影测量方法进行改进,重点解决从二维影像到三维模型的生成问题。本文主要工作包括： 1)调研和分析了现有匹配向量描述和匹配测度,并对其进行了概括和总结。对待匹配点进行向量描述,并对同名点之间的相似性进行度量,定义匹配的基本测度,是影像匹配的理论基础。通过调查和分析已有大量文献,从基于灰度和基于特征两类出发,本文对已有的具有代表性的影像匹配描述方法与匹配测度进行了概括总结。 2)研究了摄影测量方法在工程应用中的匹配优化问题,提出了一种顾及影像上下视差的多片匹配优化方法。摄影测量方法在工程应用中,基于测量成本以及灵活性的考虑,通常采用非量测相机,如普通数码相机等进行摄影。受影像畸变以及物方控制点量测误差的影响,空三平差处理后,立体像对间往往存在一定的上下视差,这与航摄仪获取的航空影像和实验室常用的水平核线影像有很大不同。本文对现有匹配优化方法进行分析与改进,针对工程应用,提出一种顾及影像上下视差的多片匹配优化方法。文中首先从理论上对该方法进行了阐述和推导,进而给出实用的优化实施步骤,最后针对实际工程应用数据,对该优化方法进行验证,并与现有匹配优化方法进行比较与分析。实验表明,本文提出的匹配优化方法能较好适应工程应用特点,匹配优化精度高,对影像间上下视差不敏感,具有较好的实用效果。 3)研究了摄影测量方法在工程应用中的匹配策略问题,提出了一种多层次“横纵”结合的生长匹配传播策略。摄影测量方法在工程应用中,由于摄影条件受到限制,立体影像间往往存在几何变形大,匹配视差大、匹配干扰多的特点。匹配优化解决影像匹配中的匹配精度问题,匹配策略则主要考虑如何综合运用多种匹配约束条件,并根据已匹配结果进一步推理和预测后续匹配,以提高匹配的成功率和正确率,从而整体上对匹配质量进行控制。结合传统金字塔匹配策略以及生长传播匹配方法,本文提出一种多层次“横纵”结合的生长匹配传播策略。本文重点对匹配可靠性测度、层次传播流程、纵向横向传播实现等进行阐述,并针对实际工程应用数据,对所述方法进行验证。实验证明,针对摄影测量工程应用中的密集匹配问题,本文所提多层次“横纵”结合的生长匹配传播策略合理有效,匹配所得点云能有效反映测量目标的三维形状,具有较强的实用价值。 4)研究了摄影测量方法在工程应用中针对部分纹理极度匮乏的旋转体建筑物的监测问题,提出一种基于轮廓线的高大旋转体建筑测量方法。与航空摄影测量相比,工程应用研究具有一定的特殊性。实际应用中,部分工程对象纹理匮乏,很难使用基于同名点匹配再前方交会的方式进行测量。挖掘和利用已知模型信息,基于影像中轮廓线约束条件,本文提出一种基于轮廓线的高大旋转体建筑测量方法。首先对当前研究应用现状进行分析,并对所使用的影像全站仪进行介绍。然后从理论上对旋转体到影像轮廓线的投影关系进行推导和证明,并据此给出具体的迭代优化方法。最后,结合实际应用,给出实用的方法实施步骤,并进行实验验证,与传统测量方法进行比较。实验证明,相比传统方法,本论文方法将繁重的外业测量工作转为内业处理,效率更高,成本更低,有利于旋转体建筑物的周期性测量,且能够实现断面的连续测量。
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【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP751;TB89

【参考文献】