带视觉测量功能的RTK接收机系统、板卡及测量方法与流程

带视觉测量功能的rtk接收机系统、板卡及测量方法
技术领域
1.本发明涉及一种带视觉测量功能的rtk接收机系统、板卡及测量方法。


背景技术：

2.rtk(real-time kinematic，实时动态)载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种新的常用的卫星定位测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而rtk是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是gps应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新的测量原理和方法，极大地提高了作业效率。
3.因受gnss(全球导航卫星系统)测量技术原理及仪器构造限制，当前gnss接收机仅能直接获得接收机天线相位中心处坐标，而工程实际需要测量杆杆尖处坐标值，因此需要通过对中、准确量取杆高的形式将测量坐标转换为待测点坐标。
4.现有的rtk接收机存在功能单一，操作繁琐且使用不方便的缺陷。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中rtk接收机存在功能单一，操作繁琐且使用不方便的缺陷，提供一种能够实现远程视觉测量，方便用户使用以升作业效率降低劳动强度，并杜绝人为测量扶杆带来的测量误差，从而提高测量精度的带视觉测量功能的rtk接收机系统、板卡及测量方法。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
7.一种用于rtk接收机的rtk接收机系统，所述rtk接收机系统包括rtk接收板卡、相机单元、支撑装置、视觉采集单元以及惯性测量单元，所述支撑装置用于支撑所述rtk接收机系统，所述相机单元的摄像头与所述rtk接收板卡在使用状态下位置关系固定，
8.所述相机单元用于在至少三个测量点拍摄目标点以获取目标点影像；
9.所述rtk接收板卡用于在拍摄目标点影像时获取rtk接收板卡的位置信息；
10.所述惯性测量单元用于在拍摄目标点影像时获取rtk接收板卡及相机单元的姿态信息；
11.所述视觉采集单元用于获取每一目标点影像中目标点的影像位置；
12.所述rtk接收板卡还用于根据全部测量点的位置信息、影像位置、所述姿态信息以及所述位置关系获取目标点的位置坐标。
13.较佳地，
14.所述相机单元用于在至少三个测量点拍摄目标点的目标点影像，
15.对于一个测量点，所述rtk接收板卡用于根据所述位置关系、相机单元的姿态信息以及rtk接收板卡的位置信息获取所述测量点处相机单元的坐标；
16.所述rtk接收板卡还用于根据全部测量点处相机单元的坐标、全部测量点的相机
单元的姿态信息以及全部影像位置获取目标点的位置坐标。
17.较佳地，所述视觉采集单元用于获取一初始目标点影像中目标点的影像位置；
18.所述视觉采集单元还用于识别影像位置所在区域中的特征点；
19.所述视觉采集单元还用于在除所述初始目标点影像以外全部目标点影像中识别所述特征点对应影像点作为目标点影像中目标点的影像位置。
20.较佳地，
21.所述视觉采集单元还用于判断所述特征点是否为地面上的特征点，若是则根据相机单元的姿态信息及位置信息获取除所述初始目标点影像以外目标点影像的旋转补偿量；
22.所述视觉采集单元还用于在旋转影像中识别所述特征点对应影像点作为目标点影像中目标点的影像位置，所述旋转影像为除所述初始目标点影像以外目标点影像经过旋转补偿量旋转后所得影像。
23.较佳地，
24.所述rtk接收板卡用于根据相机单元的相机参数、相机单元的坐标以及所述影像位置获取相机单元摄影中心的坐标、像主点坐标以及影像位置坐标；
25.所述rtk接收板卡还用于根据全部测量点的相机单元摄影中心的坐标、像主点坐标以及影像位置坐标获取目标点的位置坐标。
26.较佳地，所述rtk接收机系统包括rtk接收机以及所述相机单元，所述rtk接收机包括一处理模块以及一外壳，所述处理模块包括rtk接收板卡、视觉采集单元以及惯性测量单元，所述处理模块用于根据全部测量点的位置信息、影像位置、所述姿态信息以及所述位置关系获取目标点的位置坐标，所述处理模块以及所述相机单元均设于所述外壳内，所述相机单元的摄像头设于所述外壳的外表面，所述摄像头的拍摄方向与rtk接收机连接的对中杆的轴线垂直。
27.较佳地，所述支撑装置为对中杆，
28.所述相机单元用于在至少三个测量点拍摄目标点的目标点影像，
29.对于一个测量点，所述rtk接收板卡用于根据对中杆的长度、rtk接收板卡的姿态信息以及rtk接收板卡的位置信息获取所述测量点的对中杆底端坐标；
30.所述rtk接收板卡还用于根据全部测量点的对中杆底端坐标、全部影像位置、所述姿态信息以及所述位置关系获取目标点的位置坐标。
31.较佳地，所述rtk接收机系统还包括一载具以及一标靶，所述支撑装置用于固定于所述载具上并支撑所述rtk接收板卡，所述标靶设于一待测区域以外；
32.所述rtk接收板卡用于测量所述标靶的位置获取标靶的测量位置坐标；
33.所述相机单元用于在所述载具行驶在所述待测区域中时进行录像，录像影像中设有一时间线；
34.所述rtk接收板卡用于在录像时获取rtk接收板卡的位置信息，并将位置信息与时间线对应；
35.所述惯性测量单元用于在拍摄目标点影像时获取rtk接收板卡及相机单元的姿态信息，并将所述姿态信息与所述时间线对应；
36.所述rtk接收板卡还用于根据对中杆的长度、rtk接收板卡的姿态信息以及rtk接收板卡的位置信息获取所述测量点的对中杆底端坐标，并将对中杆底端坐标与时间线对
应；
37.所述rtk接收板卡还用于获取时间线上若干预设时刻的对中杆底端坐标；
38.所述rtk接收板卡还用于识别所述录像中带有所述标靶影像的图像帧，并根据所述图像帧中所述标靶的影像位置、图像帧在所述时间线对应时刻下的姿态信息及位置信息获取所述标靶的计算位置坐标；
39.所述rtk接收板卡还用于计算测量位置坐标和计算位置坐标差值是否大于预设值，若是则查找所述图像帧在所述时间线上最近的预设时刻的对中杆底端坐标；
40.所述rtk接收机系统用于在所述最近的预设时刻的对中杆底端坐标处利用所述rtk接收板卡获取的位置信息、相机单元获取的标靶图片信息以及对中杆底端坐标与所述测量位置坐标的距离获取所述最近的预设时刻的对中杆底端的校准坐标；
41.所述rtk接收机系统还用于根据全部预设时刻的对中杆底端坐标、所述载具在对中杆底端的位置到地面的高度以及对中杆高度进行所述待测区域的土方量测量，其中所述预设时刻的对中杆底端坐标若有校准坐标则以校准坐标进行所述土方量测量的计算。
42.本发明还提供一种视觉测量方法，所述视觉测量方法利用如上所述的rtk接收机系统进行远程定位。
43.本发明还提供一种rtk接收板卡，所述rtk接收板卡用于如上所述的rtk接收机系统。
44.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
45.本发明的积极进步效果在于：
46.本发明能够实现远程视觉测量，方便用户使用以升作业效率降低劳动强度，并杜绝人为测量扶杆带来的测量误差，从而提高测量精度。
附图说明
47.图1为本发明实施例1的rtk接收机系统的结构示意图。
48.图2为本发明实施例1的视觉测量方法的流程图。
49.图3为本发明实施例1的视觉测量方法的另一流程图。
具体实施方式
50.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
51.实施例1
52.参见图1，本实施例提供一种rtk接收机系统，所述rtk接收机系统包括rtk接收机11、相机单元、支撑装置12、视觉采集单元以及惯性测量单元。
53.本实施例提供一种rtk接收板卡，rtk接收机11包括所述rtk接收板卡。
54.本实施例提供的rtk接收板卡设有具有计算功能的计算模块，能够实现数据的运算，在其他实施方式中，所述rtk接收板卡传输至分离式计算装置，所述计算装置可以是手机或者平板电脑。
55.所述惯性测量单元在本实施例中包括三轴加速度计以及三轴陀螺仪，用于获取
rtk接收机的姿态，当rtk接收机、支撑装置以及相机单元安装为一体时，可以同时获取rtk接收机、支撑装置以及相机单元的姿态，所述相机单元可以为单独的单反相机，也可以是集成安装至所述rtk接收机内的相机模块。
56.所述支撑装置用于支撑所述rtk接收机系统，所述相机单元的摄像头与所述rtk接收板卡在使用状态下位置关系固定。
57.所述相机单元用于在至少两个测量点13拍摄目标点14以获取目标点影像；
58.所述rtk接收板卡用于在拍摄目标点影像时获取rtk接收板卡的位置信息；
59.所述惯性测量单元用于在拍摄目标点影像时获取rtk接收板卡及相机单元的姿态信息；
60.所述视觉采集单元用于获取每一目标点影像中目标点的影像位置；所述影像位置可以是用户触控点击或鼠标点击图像中的像素点获得影像位置。
61.所述rtk接收板卡还用于根据全部测量点的位置信息、影像位置、所述姿态信息以及所述位置关系获取目标点的位置坐标。
62.在算法上可以利用对极几何技术，通过相机影像进行测距，然后根据距离求解三角函数获取目标点的位置坐标。
63.进一步地，所述相机单元用于在至少三个测量点拍摄目标点的目标点影像。
64.对于一个测量点，所述rtk接收板卡用于根据所述位置关系、相机单元的姿态信息以及rtk接收板卡的位置信息获取所述测量点处相机单元的坐标；
65.所述rtk接收板卡还用于根据全部测量点处相机单元的坐标、全部测量点的相机单元的姿态信息以及全部影像位置获取目标点的位置坐标。
66.具体地，为了方便用户操作，省去多次选点的误差，本实施例还提供一种自动选取目标点的技术。
67.所述视觉采集单元用于获取一初始目标点影像中目标点的影像位置；
68.所述视觉采集单元还用于识别影像位置所在区域中的特征点；
69.所述视觉采集单元还用于在除所述初始目标点影像以外全部目标点影像中识别所述特征点对应影像点作为目标点影像中目标点的影像位置。
70.为了提高选点的准确度：
71.所述视觉采集单元还用于判断所述特征点是否为地面上的特征点，若是则根据相机单元的姿态信息及位置信息获取除所述初始目标点影像以外目标点影像的旋转补偿量；
72.所述视觉采集单元还用于在旋转影像中识别所述特征点对应影像点作为目标点影像中目标点的影像位置，所述旋转影像为除所述初始目标点影像以外目标点影像经过旋转补偿量旋转后所得影像。
73.具体地，所述rtk接收板卡用于根据相机单元的相机参数、相机单元的坐标以及所述影像位置获取相机单元摄影中心的坐标、像主点坐标以及影像位置坐标；
74.所述rtk接收板卡还用于根据全部测量点的相机单元摄影中心的坐标、像主点坐标以及影像位置坐标获取目标点的位置坐标。
75.进一步地，所述rtk接收机系统包括rtk接收机以及所述相机单元，所述rtk接收机包括一处理模块以及一外壳，所述处理模块包括rtk接收板卡、视觉采集单元以及惯性测量单元。
76.本实施例中，所述rtk接收机系统包括rtk接收机以及rtk接收机中包括相机单元，在其他实施方式中，所述rtk接收机系统包括rtk接收机以及分离式的相机单元，如单反相机。
77.所述处理模块用于根据全部测量点的位置信息、影像位置、所述姿态信息以及所述位置关系获取目标点的位置坐标。
78.所述处理模块以及所述相机单元均设于所述外壳内，所述相机单元的摄像头设于所述外壳的外表面，所述摄像头的拍摄方向与rtk接收机连接的对中杆的轴线垂直。
79.参见图2，利用上述rtk接收机系统，本实施例还提供一种视觉测量方法，包括：
80.步骤100、所述相机单元在至少三个测量点拍摄目标点以获取目标点影像；
81.步骤101、所述rtk接收板卡在拍摄目标点影像时获取rtk接收板卡的位置信息；
82.步骤102、所述惯性测量单元在拍摄目标点影像时获取rtk接收板卡及相机单元的姿态信息；
83.步骤103、所述视觉采集单元获取每一目标点影像中目标点的影像位置；
84.步骤104、所述rtk接收板卡根据全部测量点的位置信息、影像位置、所述姿态信息以及所述位置关系获取目标点的位置坐标。
85.具体地，步骤100为所述相机单元在至少三个测量点拍摄目标点的目标点影像，
86.步骤104具体包括：
87.对于一个测量点，所述rtk接收板卡根据所述位置关系、相机单元的姿态信息以及rtk接收板卡的位置信息获取所述测量点处相机单元的坐标；
88.所述rtk接收板卡根据全部测量点处相机单元的坐标、全部测量点的相机单元的姿态信息以及全部影像位置获取目标点的位置坐标。
89.参见图3，进一步地，步骤103包括：
90.步骤1031、所述视觉采集单元获取一初始目标点影像中目标点的影像位置；
91.步骤1032、所述视觉采集单元识别影像位置所在区域中的特征点；
92.步骤1033、所述视觉采集单元在除所述初始目标点影像以外全部目标点影像中识别所述特征点对应影像点作为目标点影像中目标点的影像位置。
93.所述视觉测量方法包括：
94.所述视觉采集单元还判断所述特征点是否为地面上的特征点，若是则根据相机单元的姿态信息及位置信息获取除所述初始目标点影像以外目标点影像的旋转补偿量；
95.所述视觉采集单元在旋转影像中识别所述特征点对应影像点作为目标点影像中目标点的影像位置，所述旋转影像为除所述初始目标点影像以外目标点影像经过旋转补偿量旋转后所得影像。
96.步骤104具体包括：
97.所述rtk接收板卡根据相机单元的相机参数、相机单元的坐标以及所述影像位置获取相机单元摄影中心的坐标、像主点坐标以及影像位置坐标；
98.所述rtk接收板卡根据全部测量点的相机单元摄影中心的坐标、像主点坐标以及影像位置坐标获取目标点的位置坐标。
99.进一步地，所述rtk接收机系统包括rtk接收机以及所述相机单元，所述rtk接收机包括一处理模块以及一外壳，所述处理模块包括rtk接收板卡、视觉采集单元以及惯性测量
单元。
100.所述视觉测量方法包括：所述处理模块根据全部测量点的位置信息、影像位置、所述姿态信息以及所述位置关系获取目标点的位置坐标。
101.所述处理模块以及所述相机单元均设于所述外壳内，所述相机单元的摄像头设于所述外壳的外表面，所述摄像头的拍摄方向与rtk接收机连接的对中杆的轴线垂直。
102.实施例2
103.本实施例与实施例1基本相同，不同之处仅在于：
104.所述支撑装置为对中杆。
105.所述相机单元用于在至少三个测量点拍摄目标点的目标点影像，
106.对于一个测量点，所述rtk接收板卡用于根据对中杆的长度、rtk接收板卡的姿态信息以及rtk接收板卡的位置信息获取所述测量点的对中杆底端坐标；
107.所述rtk接收板卡还用于根据全部测量点的对中杆底端坐标、全部影像位置、所述姿态信息以及所述位置关系获取目标点的位置坐标。
108.利用本技术的rtk接收机系统还能够进行高精度土方测量。
109.所述rtk接收机系统还包括一载具以及一标靶，所述支撑装置用于固定于所述载具上并支撑所述rtk接收板卡，所述标靶设于一待测区域以外；
110.所述rtk接收板卡用于测量所述标靶的位置获取标靶的测量位置坐标；
111.所述相机单元用于在所述载具行驶在所述待测区域中时进行录像，录像影像中设有一时间线；
112.所述rtk接收板卡用于在录像时获取rtk接收板卡的位置信息，并将位置信息与时间线对应；
113.所述惯性测量单元用于在拍摄目标点影像时获取rtk接收板卡及相机单元的姿态信息，并将所述姿态信息与所述时间线对应；
114.所述rtk接收板卡还用于根据对中杆的长度、rtk接收板卡的姿态信息以及rtk接收板卡的位置信息获取所述测量点的对中杆底端坐标，并将对中杆底端坐标与时间线对应；
115.所述rtk接收板卡还用于获取时间线上若干预设时刻的对中杆底端坐标；
116.所述rtk接收板卡还用于识别所述录像中带有所述标靶影像的图像帧，并根据所述图像帧中所述标靶的影像位置、图像帧在所述时间线对应时刻下的姿态信息及位置信息获取所述标靶的计算位置坐标；
117.所述rtk接收板卡还用于计算测量位置坐标和计算位置坐标差值是否大于预设值，若是则查找所述图像帧在所述时间线上最近的预设时刻的对中杆底端坐标；
118.所述rtk接收机系统用于在所述最近的预设时刻的对中杆底端坐标处利用所述rtk接收板卡获取的位置信息、相机单元获取的标靶图片信息以及对中杆底端坐标与所述测量位置坐标的距离获取所述最近的预设时刻的对中杆底端的校准坐标；
119.所述rtk接收机系统还用于根据全部预设时刻的对中杆底端坐标、所述载具在对中杆底端的位置到地面的高度以及对中杆高度进行所述待测区域的土方量测量，其中所述预设时刻的对中杆底端坐标若有校准坐标则以校准坐标进行所述土方量测量的计算。
120.利用上述rtk接收机系统，本实施例还提供一种视觉测量方法，包括：
121.所述相机单元用于在至少三个测量点拍摄目标点的目标点影像，
122.对于一个测量点，所述rtk接收板卡用于根据对中杆的长度、rtk接收板卡的姿态信息以及rtk接收板卡的位置信息获取所述测量点的对中杆底端坐标；
123.所述rtk接收板卡还用于根据全部测量点的对中杆底端坐标、全部影像位置、所述姿态信息以及所述位置关系获取目标点的位置坐标。
124.所述视觉测量方法还包括：
125.所述rtk接收板卡测量所述标靶的位置获取标靶的测量位置坐标；
126.所述相机单元在所述载具行驶在所述待测区域中时进行录像，录像影像中设有一时间线；
127.所述rtk接收板卡在录像时获取rtk接收板卡的位置信息，并将位置信息与时间线对应；
128.所述惯性测量单元在拍摄目标点影像时获取rtk接收板卡及相机单元的姿态信息，并将所述姿态信息与所述时间线对应；
129.所述rtk接收板卡根据对中杆的长度、rtk接收板卡的姿态信息以及rtk接收板卡的位置信息获取所述测量点的对中杆底端坐标，并将对中杆底端坐标与时间线对应；
130.所述rtk接收板卡获取时间线上若干预设时刻的对中杆底端坐标；
131.所述rtk接收板卡识别所述录像中带有所述标靶影像的图像帧，并根据所述图像帧中所述标靶的影像位置、图像帧在所述时间线对应时刻下的姿态信息及位置信息获取所述标靶的计算位置坐标；
132.所述rtk接收板卡计算测量位置坐标和计算位置坐标差值是否大于预设值，若是则查找所述图像帧在所述时间线上最近的预设时刻的对中杆底端坐标；
133.所述rtk接收机系统在所述最近的预设时刻的对中杆底端坐标处利用所述rtk接收板卡获取的位置信息、相机单元获取的标靶图片信息以及对中杆底端坐标与所述测量位置坐标的距离获取所述最近的预设时刻的对中杆底端的校准坐标；
134.所述rtk接收机系统根据全部预设时刻的对中杆底端坐标、所述载具在对中杆底端的位置到地面的高度以及对中杆高度进行所述待测区域的土方量测量，其中所述预设时刻的对中杆底端坐标若有校准坐标则以校准坐标进行所述土方量测量的计算。
135.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。