阅读说明：本技术 一种高塔塔顶未知点三维坐标获取方法及其系统 (Method and system for acquiring three-dimensional coordinates of unknown point at top of high tower ) 是由 李施展 程建华 方俊 杜操 韩国卿 蒋思君 祝贤洲 赵荣 张彦武 王光富 吴桐 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高塔塔顶未知点三维坐标获取方法及系统,涉及工程测量领域。该方法包括测量位于高塔塔顶的相控点的三维坐标；对塔顶进行倾斜摄影,并对拍摄的照片中具有相控点的照片进行数字标记,数字标记用于标识照片上的相控点；将所有相控点的三维坐标和拍摄的所有照片传输至云计算平台；云计算平台根据拍摄的所有照片和所有相控点的三维坐标生成高塔顶的局部实景三维模型,且局部实景三维模型中具有所有位置点的三维坐标,测量人员通过移动终端即可获取任意点的三维坐标。本发明避免了在高塔施工测量中投入了多组人员、仪器作业,同时克服了全站仪从地面观测高塔塔顶通视条件困难的问题。(The invention relates to a method and a system for acquiring three-dimensional coordinates of an unknown point at the top of a high tower, and relates to the field of engineering measurement. The method comprises the steps of measuring three-dimensional coordinates of a phase control point positioned at the top of a high tower; carrying out oblique photography on the tower top, and carrying out digital marking on a photo with a phase control point in the photographed photo, wherein the digital marking is used for marking the phase control point on the photo; transmitting the three-dimensional coordinates of all the phase control points and all the shot pictures to a cloud computing platform; the cloud computing platform generates a local live-action three-dimensional model of the high tower top according to the shot pictures and the three-dimensional coordinates of all the phase control points, the local live-action three-dimensional model has the three-dimensional coordinates of all the position points, and measuring personnel can obtain the three-dimensional coordinates of any point through the mobile terminal. The invention avoids the operation of a plurality of groups of personnel and instruments in the construction measurement of the high tower, and simultaneously solves the problem that the total station is difficult to observe the visibility condition of the top of the high tower from the ground.)

一种高塔塔顶未知点三维坐标获取方法及其系统

技术领域

本发明涉及工程测量技术领域，尤其涉及高塔塔顶未知点三维坐标获取方法及其系统。

背景技术

修建大跨度桥梁时，通常在水域边(如江、河、湖、海)、山涧两侧以及跨线地域(如跨铁路线、高速公路)两侧设置高塔，为了满足大跨度桥梁的设计要求，高塔的精度定位显得非常重要。

由于塔顶存在施工平台的阻挡，通视条件差，全站仪只能直接观测高塔同侧的特征点，需要在两侧同时架设全站仪才能完成其所有特征点的测量工作。在大跨度桥梁施工中，由于对岸离本岸距离较远，对岸架设全站仪观测因受距离较远的影响测量精度不高，一般不考虑在对岸架设全站仪观测本岸高塔，通常考虑全站仪架设于本岸高塔两侧观测所有特征点三维坐标，该方法需要投入两组人员和全站仪完成塔顶特征点的测量工作,人力物力投入较大。

为了解决人员问题，现有技术先将测量基准点引测至高塔上，然后将全站仪固定于塔顶，后视引测的测量基准点，然后完成塔顶所有特征点的测量工作。该方法的局限性在于先要在地面架设全站仪引测基准点，然后再将全站仪搬至塔顶，同时由于塔顶施工平台存在轻微的不稳定性，不能直接在塔顶施工平台架设全站仪测量，一般固定于塔顶稳定的钢筋上，需要特制的辅助工装固定全站仪，该方法操作复杂，耗时较长。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种高塔塔顶未知点三维坐标获取方法，该方法简单、快捷、无需将全站仪搬至塔顶，仅需一组人即可完成测量。

本发明采取的技术方案具体如下：

一种高塔塔顶未知点三维坐标获取方法，包括：

测量至少三个位于高塔塔顶的靶标的三维坐标；

以靶标为相控点对塔顶进行倾斜摄影，并对拍摄的照片中具有相控点的照片进行数字标记，数字标记用于标识照片上的相控点；

将所有相控点的三维坐标和拍摄的所有照片传输至云计算平台；

云计算平台根据拍摄的所有照片和所有相控点的三维坐标生成高塔顶的局部实景三维模型，且局部实景三维模型中具有所有位置点的三维坐标，云计算平台将局部实景三维模型传输至移动终端；

移动终端用于显示局部实景三维模型及所有位置点的三维坐标。

在上述技术方案的基础上，利用架设于地面的一台全站仪测量所有靶标的三维坐标。

在上述技术方案的基础上，靶标中至少有三个靶标位于高塔角点或高塔模板角点，以位于角点的三个靶标作为相控点。

在上述技术方案的基础上，倾斜摄影的拍摄距离为塔周10米内。

在上述技术方案的基础上，倾斜摄影拍摄的任意两张相邻的照片之间具有一定的影像重叠度。

倾斜摄影采用带有摄像头的无人机进行拍摄，无人机按照预设航线采集空中图像数据。

数字标记为人工刺点标记靶点或靶标自动识别方式。

移动终端获取并显示上述局部实景三维模型，将点选未知点在局部实景三维模型的位置信息传输至云计算平台，云计算平台解析出未知点的三维坐标，将三维坐标信息传送至移动终端，移动终端显示点选位置的三维坐标。

一种高塔塔顶未知点三维坐标获取系统，其包括：

全站仪，其用于测量至少三个位于高塔塔顶的靶标的三维坐标；

摄影设备，其用于对塔顶进行倾斜摄影；

移动终端，其用于对拍摄的照片中具有相控点的照片进行数字标记，所述数字标记用于标识照片上的相控点；

云计算平台，所述云计算平台根据拍摄的所有照片和所有相控点的三维坐标生成高塔塔顶的局部实景三维模型，且所述局部实景三维模型中具有所有位置点的三维坐标；

移动终端还用于显示局部实景三维模型及所有位置点的三维坐标。

在上述技术方案的基础上，摄影设备设置于无人机上。

本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明仅在地面架设一台全站仪，测量一次相控点的三维坐标，避免了在高塔施工测量中投入了多组人员、仪器作业。

(2)本发明利用倾斜摄影的方法克服了全站仪从地面观测高塔塔顶通视条件困难的问题，设备投入成本低廉，操作方便。

(2)本发明通过移动终端标记相控点，并将三维实景倾斜摄影建模所需要的图像信息和坐标信息传输至云计算平台，云计算平台生成高塔顶的局部实景三维模型，移动终端可接收并显示塔顶局部实景三维模型，测量人员点选三维模型中的任意点即可获知其三维坐标。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例利用全站仪测量靶标三维坐标的示意图。

图2为本发明实施例利用数码相机进行倾斜摄影的示意图。

图3为本发明实施例进行高塔塔顶测量的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种高塔塔顶未知点三维坐标获取方法，包括：

测量至少三个位于高塔塔顶的靶标的三维坐标；

以靶标为相控点对塔顶进行倾斜摄影，并对拍摄的照片中具有相控点的照片进行数字标记，数字标记用于标识照片上的相控点；

将所有相控点的三维坐标和拍摄的所有照片传输至云计算平台；

云计算平台根据拍摄的所有照片和所有相控点的三维坐标生成高塔顶的局部实景三维模型，且局部实景三维模型中具有所有位置点的三维坐标，云计算平台将局部实景三维模型传输至移动终端；

移动终端用于显示局部实景三维模型及所有位置点的三维坐标。

在上述技术方案的基础上，利用架设于地面的一台全站仪测量所有靶标的三维坐标。

在上述技术方案的基础上，靶标中至少有三个靶标位于高塔角点或高塔模板角点，以位于角点的三个靶标作为相控点。

在上述技术方案的基础上，倾斜摄影的拍摄距离为塔周10米内。

在上述技术方案的基础上，倾斜摄影拍摄的任意两张相邻的照片之间具有一定的影像重叠度。

倾斜摄影采用带有摄像头的无人机进行拍摄，无人机按照预设航线采集空中图像数据。

数字标记为人工刺点标记靶点或靶标自动识别方式。

移动终端获取并显示上述局部实景三维模型，将点选未知点在局部实景三维模型的位置信息传输至云计算平台，云计算平台解析出未知点的三维坐标，将三维坐标信息传送至移动终端，移动终端显示点选位置的三维坐标。

一种高塔塔顶未知点三维坐标获取系统，其包括：

全站仪，其用于测量至少三个位于高塔塔顶的靶标的三维坐标；

摄影设备，其用于对塔顶进行倾斜摄影；

移动终端，其用于对拍摄的照片中具有相控点的照片进行数字标记，所述数字标记用于标识照片上的相控点；

云计算平台，所述云计算平台根据拍摄的所有照片和所有相控点的三维坐标生成高塔塔顶的局部实景三维模型，且所述局部实景三维模型中具有所有位置点的三维坐标；

移动终端还用于显示局部实景三维模型及所有位置点的三维坐标。

在上述技术方案的基础上，摄影设备设置于无人机上。

实施例1

本发明提供的高塔塔顶未知点三维坐标获取方法，具体如下：

(1)首先，将高塔模板的三个角点分别标记为靶标a、靶标b、靶标c，也可标记更多靶标，将三个靶标作为高塔塔顶倾斜摄影测量的相控点；

(2)如图1所示，在高塔附近地面能同时看到靶标a、靶标b、靶标c的位置架设全站仪，使用常规测量方法测量靶标a、靶标b、靶标c的三维坐标；

(3)使用摄影设备环绕塔顶进行拍照，摄影设备可选择手持数码相机、手机摄像头或无人机搭载的数码相机。为确保工作精度，拍照范围控制在塔周10米范围内。相片数量及重叠度满足倾斜摄影测量三维建模需求；

(4)将拍摄的数字照片传输至移动终端(如平板电脑或智能手机)；

(5)使用移动终端对数字照片进行人工刺点标记靶标，以靶标作为相控点(也可采用靶标自动识别技术)，刺点要求满足倾斜摄影测量相控点的相关要求。

(6)将相控点及其在步骤(2)中采集的三维坐标以及所有拍摄的照片通过无线网络(4G、5G、wifi等)上传至云计算平台，通过云计算平台的数据处理生成关于高塔塔顶的局部实景三维模型，并计算出所有点的三维坐标。

(7)移动终端通过无线网络最终可以下载或查阅云计算平台中实景三维模型，将点选未知点在局部实景三维模型的位置信息传输至云计算平台，云计算平台解析出未知点的三维坐标，将三维坐标信息传送至移动终端，移动终端显示点选位置的三维坐标，可以获得全站仪无法直接测量的各个点的坐标，如步骤(2)中的未知角点d，此方法也可用于获取高塔塔顶附近其它的常规测量方法难以测量的点坐标，如塔壁上预埋件竣工测量的坐标采集等。

摄影设备和移动终端可以为两个设备也可以集成到一起。

摄影设备可以是普通数码相机、带摄像头的手机、搭载在无人机上的数码相机等具备拍照和传输功能的便携式数码设备。

以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。