一种基于全景照片的电缆通道定位方法及系统
阅读说明：本技术 一种基于全景照片的电缆通道定位方法及系统 (Cable channel positioning method and system based on panoramic photo ) 是由 杨毅 廖嘉伟 刘侃 刘宗岳 辛镇泳 徐爽 温占业 陈静豪 方梓伦 夏晓斌 向绍熙 于 2020-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于全景照片的电缆通道定位方法及系统,通过确保全景摄像头对电缆通道进行两次拍摄的位置信息和拍摄信息相同,实现对电缆通道施工状态图像与竣工状态图像的对比,从而能够分析电缆通道上路面状况发生的变化,最终在图像上确定电缆通道的位置,提供了一种可视化的定位方式,提升了电缆通道定位的准确率。(The invention discloses a cable channel positioning method and a cable channel positioning system based on panoramic photos, which can realize the comparison of a cable channel construction state image and a cable channel completion state image by ensuring that position information and shooting information of a panoramic camera shooting the cable channel for two times are the same, thereby analyzing the change of road surface conditions on the cable channel, finally determining the position of the cable channel on the image, providing a visual positioning mode and improving the accuracy of cable channel positioning.)
技术领域
本发明涉及电缆通道定位技术领域，更具体地，涉及一种基于全景照片的电缆通道定位方法及系统。
背景技术
电缆工程属于隐蔽工程，施工期间开挖路面能够看到电缆通道的实际位置，部分采用顶管敷设的电缆，即使在施工期间也不能看到电缆通道的实际位置，仅能通过探测获取电缆通道的大致位置。电缆工程竣工后，在路面上无法知道电缆通道的实际位置，仅能依靠地面电缆标志等参照物来定位。但当路面形态发生较大变化时，电缆标志等参照物会被破坏，人们将无法定位电缆通道的准确位置，如遇上打桩、钻探等施工，还有破坏电缆的可能，造成人员触电和线路跳闸等严重后果。
目前实现电缆通道定位有以下几种方法：
(一)利用图纸实现定位
主要包括反映电缆工程“原貌”的竣工图纸、路径图(1:500的精度)，以及运行人员日常巡视所使用的沿布图等。通过图纸，电缆运行人员能快速了解电缆通道地理位置、长度、深度、断面形状等重要信息，以及电缆通道与路面的建构筑物之间的相对位置关系。
但是这种方法的缺点也很明显，首要问题是图档为静态，图纸中的信息只反映图纸制作时刻的状态，不能反映后续的变化。而城市路面却是不断变化的，道路可能会改道、路面可能会加高，当路面情况发生变化时，电缆通道与道路和其它建构筑物的相对关系也会发生变化，图档将失去参考价值，甚至造成误导。因此，为了使图档保持准确，必须在路面发生变化后及时对图档进行更新维护，电缆运行部门所面临的图档维护工作量十分巨大；其次，施工单位制作的电缆工程竣工图往往质量不高，部分施工单位为了赶进度少干活，甚至直接将施工设计图变成了竣工图，导致了图档的出错。
(二)利用电缆探测仪器实现定位
电缆运行人员采用导向仪、路径仪等仪器，利用电磁感应的原理通过接收并分析地下电缆所发出的电磁波信号来计算电缆通道的位置。但作为一种间接定位方式，探测仪器易受其它电磁波信号的干扰，因此定位精度并不算高，最大偏差达数米。
(三)现场开挖定位
开挖地面直至看到电缆通道本体，通过“眼见为实”的方式来确定电缆通道的位置和深度。但该方式需要耗费大量的时间和人力，对于以电缆沟和排管，一般开挖一两米即可见，但对于顶管段，浅则埋深三四米，深则可达十米以上，需要采用沉井方法施工，不单开挖难度大，而且施工过程中的人身风险极大。因此，基于现场的运行管理模式效率很低，只能适用于电缆通道上小范围的区域，并不能用于大范围的电缆通道运行管理。
(四)利用RTK定位
利用空间测量技术，借助GNSS装置或称RTK对电缆通道进行测量，并以坐标的形式被记录下来，坐标表示了电缆通道在地球上的唯一固定位置，不会随着地面的变化而发生变化。若日后需要找到该电缆通道，只需通过RTK对电缆通道坐标进行放点，即可对该电缆通道进行定位，定位精度根据RTK和GNSS的性能参数相关，偏差为10mm至100mm之间。该方法具有定位精度最高的优点，但也有一定的缺点，一是需要在电缆建设时期采集大量的电缆通道坐标数据，作业成本较高；二是有技术门槛，要完成测量、放点等工作需要作业人员具有一定的测量专业知识，并具有相应的技能；三是定位不够直观，每次只能定位电缆通道的某一个点，无法直观地体现一段电缆通道的在路面下的位置。
在现有技术中，公开号为CN110988791A的中国发明专利，于2020年04月10日公开了一种用于电缆通道球形机器人的定位系统及其定位方法，包括球形机器人、若干个可收发UWB信号的UWB基站、WIFI基站及通过WIFI与球形机器人进行通信的上位机，所述球形机器人和UWB基站均位于电缆通道内，球形机器人上有电源模块、WIFI强度感应模块及可收发UWB信号的UWB标签、MCU控制模块和运动控制模块，上位机中设有UWB定位算法模块、视距和非视距判断算法模块和WIFI强度指纹匹配定位算法模块，上位机通过WIFI基站分别与球形机器人和UWB基站进行无线通信。虽然该方案在一定程度上提升了球形机器人在电缆通道中的定位精度，但是并未能完全解决上述现有技术中电缆通道的定位缺乏可视化方式以及准确率不高的问题。因此，急需一种基于全景照片的电缆通道定位方法及系统。
发明内容
本发明为解决现有技术中电缆通道的定位缺乏可视化方式以及准确率不高的问题，提供一种基于全景照片的电缆通道定位方法及系统。
本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
首先，一种基于全景照片的电缆通道定位方法，包括以下步骤：S1：施工状态下，利用全景摄像头对开挖中的电缆通道进行第一次拍摄，并记录全景摄像头的位置信息和拍摄信息；S2：竣工状态下，当需要对电缆通道进行定位时，根据第一次拍摄时所记录的位置信息和拍摄信息对全景摄像头进行相同设置，设置完成后利用全景摄像头对已填埋的电缆通道进行第二次拍摄；S3：对两次拍摄的图像进行校正，使图像上的拍摄对象重合；S4：通过比照第一次拍摄的图像，在第二次拍摄的图像上完成对电缆通道的定位。
上述方案中，确保全景摄像头对电缆通道进行两次拍摄的位置信息和拍摄信息相同，对图像进行校正后(即使得两次拍摄的电缆通道以及路面环境重合)，对施工状态下的电缆通道图像与竣工状态下的电缆通道图像进行对比(人工直接比照)，从而能够分析电缆通道上路面状况发生的变化，在图像上确定电缆通道的位置。
优选地，在所述步骤S1中，采用支持RTK算法的GNSS定位模块记录全景摄像头的位置信息。
上述方案中，支持RTK算法的GNSS定位模块能够实现高精度定位功能，抗干扰，抗电离层，抗多路径，数据可靠性高。
优选地，在所述步骤S1中，采用三维电子罗盘记录全景摄像头的拍摄信息。
上述方案中，三维电子罗盘精确进行角度测量。
优选地，在所述步骤S1中，所述全景摄像头的位置信息包括平面坐标、高程；所述全景摄像头的拍摄信息包括方向、倾角。
上述方案中，记录全景摄像头第一次拍摄时的位置信息，保证第二次拍摄时能够处于相同的平面位置和高度、设置相同的方向和倾角。
优选地，在所述步骤S2中，根据第一次拍摄时所记录的位置信息和拍摄信息对全景摄像头进行相同设置；具体为：计算Δx＝x2-x1，Δy＝y2-y1，Δz＝z2-z1，然后移动全景摄像头，使得Δx→0，Δy→0，Δz→0；计算Δa＝a2-a1，Δb＝b2-b1；然后调整全景摄像头，使得Δa→0，Δb→0；其中，x1、y1代表第一次拍摄时全景摄像头的平面坐标；z1代表第一次拍摄时全景摄像头的高程；a1代表第一次拍摄时全景摄像头的方向；b1代表第一次拍摄时全景摄像头的倾角；x2、y2代表第二次拍摄前全景摄像头的平面坐标；z2代表第二次拍摄前全景摄像头的高程；a2代表第二次拍摄前全景摄像头的方向；b2代表第二次拍摄前全景摄像头的倾角。
上述方案中，根据第一次拍摄时全景摄像头的位置信息和拍摄信息，对当下的全景摄像头相同设置，调整至基本吻合。
优选地，在所述步骤S3中，通过微调图像的平面角进行校正；当两次拍摄的图像的拍摄对象重合时，微调结束；否则继续进行微调。
上述方案中，校正后使得两次拍摄对象重合，便于进行对比，提高定位准确性。
其次，一种基于全景照片的电缆通道定位系统，包括控制模块、处理模块、拍摄模块、定位模块、测量模块、显示模块；其中：所述控制模块输出端与所述处理模块输入端、拍摄模块输入端、定位模块输入端、测量模块输入端、显示模块输入端连接；所述定位模块输出端、测量模块输出端、拍摄模块输出端与所述处理模块输入端连接；所述处理模块输出端与所述显示模块输入端连接；所述控制模块传输指令至所述处理模块、拍摄模块、定位模块、测量模块、显示模块，通过所传输的指令对处理模块、拍摄模块、定位模块、测量模块、显示模块进行启停控制；所述拍摄模块用于拍摄电缆通道的全景照片，并将拍摄过程中的实时画面经所述处理模块中转，最后传输至所述显示模块中进行显示；所述定位模块用于记录所述拍摄模块的位置信息，并将所记录的位置信息传输至所述处理模块中存储；所述测量模块用于记录所述拍摄模块的拍摄信息，并将所记录的拍摄信息传输至所述处理模块中存储。
优选地，所述拍摄模块为全景摄像头。
优选地，所述定位模块为支持RTK算法的GNSS定位模块。
优选地，所述测量模块为三维电子罗盘。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过确保全景摄像头对电缆通道进行两次拍摄的位置信息和拍摄信息相同，实现对电缆通道施工状态图像与竣工状态图像的对比，从而能够分析电缆通道上路面状况发生的变化，最终在图像上确定电缆通道的位置，提供了一种可视化的定位方式，提升了电缆通道定位的准确率。
附图说明
图1为本发明所述方法流程示意图；
图2为本发明所述系统结构示意图；
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，一种基于全景照片的电缆通道定位方法，包括以下步骤：S1：施工状态下，利用全景摄像头对开挖中的电缆通道进行第一次拍摄，并记录全景摄像头的位置信息和拍摄信息；S2：竣工状态下，当需要对电缆通道进行定位时，根据第一次拍摄时所记录的位置信息和拍摄信息对全景摄像头进行相同设置，设置完成后利用全景摄像头对已填埋的电缆通道进行第二次拍摄；S3：对两次拍摄的图像进行校正，使图像上的拍摄对象重合；S4：通过比照第一次拍摄的图像，在第二次拍摄的图像上完成对电缆通道的定位。
进一步地，在所述步骤S1中，采用支持RTK算法的GNSS定位模块记录全景摄像头的位置信息。
进一步地，在所述步骤S1中，采用三维电子罗盘记录全景摄像头的拍摄信息。
进一步地，在所述步骤S1中，所述全景摄像头的位置信息包括平面坐标、高程。
进一步地，在所述步骤S1中，所述全景摄像头的拍摄信息包括方向、倾角。
进一步地，在所述步骤S3中，通过微调图像的平面角进行校正；当两次拍摄的图像的拍摄对象重合时，微调结束；否则继续进行微调。
如图2所示，一种基于全景照片的电缆通道定位系统，包括控制模块、处理模块、拍摄模块、定位模块、测量模块、显示模块；其中：所述控制模块输出端与所述处理模块输入端、拍摄模块输入端、定位模块输入端、测量模块输入端、显示模块输入端连接；所述定位模块输出端、测量模块输出端、拍摄模块输出端与所述处理模块输入端连接；所述处理模块输出端与所述显示模块输入端连接；所述控制模块传输指令至所述处理模块、拍摄模块、定位模块、测量模块、显示模块，通过所传输的指令对处理模块、拍摄模块、定位模块、测量模块、显示模块进行启停控制；所述拍摄模块用于拍摄电缆通道的全景照片，并将拍摄过程中的实时画面经所述处理模块中转，最后传输至所述显示模块中进行显示；所述定位模块用于记录所述拍摄模块的位置信息，并将所记录的位置信息传输至所述处理模块中存储；所述测量模块用于记录所述拍摄模块的拍摄信息，并将所记录的拍摄信息传输至所述处理模块中存储。
进一步地，所述拍摄模块为全景摄像头。
进一步地，所述定位模块为支持RTK算法的GNSS定位模块。
进一步地，所述测量模块为三维电子罗盘。
实施例1
在本实施例中，将电缆通道的定位过程分为以下两个阶段：
第一次拍摄阶段(采集阶段)：
1)利用全景摄像头对开挖中的电缆通道进行拍摄，其拍摄图像记为1.jpg；
2)利用支持RTK算法的GNSS定位模块获取全景摄像头拍摄时的平面坐标和高程，其中平面坐标记为x1、y1，高程记为z1；
3)利用三维电子罗盘获取全景摄像头拍摄时的方向和倾角，其中方向记为a1，倾角记为b1；
第二次拍摄阶段(定位阶段)：
3)调出第一次拍摄阶段的平面坐标x1、y1和高程z1；
4)利用支持RTK算法的GNSS定位模块获取全景摄像头当下的平面坐标和高程，其中平面坐标记为x2、y2，高程记为z2；
5)计算Δx＝x2-x1，Δy＝y2-y1，Δz＝z2-z1，结合显示模块中实时画面的提示，移动全景摄像头，使得Δx→0，Δy→0，Δz→0；
6)调出第一次拍摄阶段的方向a1和倾角b1；
7)利用三维电子罗盘获取全景摄像头当下的方向和倾角，其中方向记为a2，倾角记为b2；
8)计算Δa＝a2-a1，Δb＝b2-b1；结合显示模块中实时画面的提示，调整全景摄像头，使得Δa→0，Δb→0；
9)利用全景摄像头对填土后的电缆通道进行拍摄，其拍摄图像记为2.jpg；
10)调用第一次拍摄的图像1.jpg；并对1.jpg和2.jpg进行对比，最终确定电缆通道的位置。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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