基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的装置及方法

1.本发明涉及倾斜摄影测量技术领域，尤其是一种基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的装置及方法。


背景技术：

2.冲刷会导致结构物周围的沙土被掏空，使得结构物失去支撑，威胁整体结构的安全。为了避免涉水结构受冲刷破坏，保护群众生命财产安全，冲刷研究受到国家重视。水槽试验是目前最常用的研究涉水结构物冲刷的方式，而在试验中，冲刷后地形的测量一直是困扰研究者的一大难题。


技术实现要素：

3.目前已有的测量方式如标尺点测、激光测距仪扫描测量等，要么测量效率低、精度差、费时费力，要么所需仪器昂贵、操作复杂。因此提出一种相对便宜、操作方便、具有足够精度的实验室冲刷地形测量装置及方法对冲刷研究而言很有意义。针对现有技术的缺陷，本发明提供基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的装置。
4.该装置采用的技术方案是：基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的装置，包括方形框架，在该方形框架的底部设置有水槽，在所述的水槽中心位置设置有结构物模型，在该结构物模型的上游侧和/或下游侧设置有标示物；在所述的方形框架上设置有两个横向滑轨，在该横向滑轨上滑动配合有两个纵向滑轨；在所述的纵向滑轨上滑动配合有竖向支撑架，在该竖向支撑架上连接有摄像头探臂；在所述的摄像头探臂的末端设置有球形云台，在其中一个球形云台上安装有摄像机，该摄像机连接有计算机设备。
5.为更好地实现本发明，在所述的纵向滑轨的底部设置有与横向滑轨配合的第一滑块，在所述的竖向支撑架的顶部设置有与纵向滑轨滑动配合的第二滑块。
6.为更好地实现本发明，所述的摄像机探臂为l形，包括竖直探臂和水平探臂，所述的球形云台设置在水平探臂上，所述的竖直探臂与竖向支撑架连接。
7.为更好地实现本发明，在所述的竖直探臂和竖向支撑架上均设置有沿竖直方向的多个螺栓孔，并配合有相应的连接螺栓。
8.为更好地实现本发明，所述的标示物包括方形本体，在该方形本体的四个角部球铰连接有支撑腿。
9.为更好地实现本发明，所述的摄像机配合有gprs模块，并设置有对应的sim卡，该sim卡与计算机无线连接。
10.针对现有技术的缺陷，本发明提供基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的方法。
11.该方法采用的技术方案是：基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的方法，包括以下步骤：a、将结构物模型放置在水槽的中心位置，将标示物放置在结构物模型上游边缘位
置，将摄像机安装在上游处纵向滑轨的球形云台上，根据标示物、结构物模型以及水槽的位置关系，调整好摄像机拍摄的位置、焦距以及角度，并记录此时拍摄的位置和角度；b、在横向滑轨和纵向滑轨上设置刻度条，并根据刻度条确定摄像机的拍摄点位，确定好摄像机的高度，连接固定竖直探臂和竖向支撑架；c、滑动竖向支撑架、纵向滑轨，让摄像机依次经过确定的拍摄点位进行拍摄；d、上游拍摄点位拍摄完成后，将摄像机拆卸下来，保证摄像机的焦距不变，安装到下游纵向滑轨的球形云台上，重复步骤b、c，直到完成最后一个拍摄点位；e、将摄像机拍摄的照片导入影像还原软件进行处理，提取出三维模型。
12.为更好地实现本发明，在所述的步骤a中，所述的结构物模型为方形，且长边与水流方向垂直。
13.为更好地实现本发明，所述的步骤b中，每到达一个拍摄点位，对摄像机的镜头和焦距进行微调，使其能够拍摄出清晰的结构物模型照片，保证拍摄视野内包含整个结构物模型和完整的标示物。
14.为更好地实现本发明，每个拍摄点位拍摄3～5张照片，每张照片拍摄时适当调整摄像机的拍摄角度。
15.本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的装置及方法，通过方形框架、水槽、结构物模型、标示物、横向滑轨、纵向滑轨、竖向支撑架、摄像头探臂、球形云台、摄像机以及计算机设备等的配合，将摄像机安装在球形云台上，竖向支撑架可以沿着纵向滑轨滑动，纵向滑轨能够沿着横向滑轨滑动，使得球形云台上安装的摄像机能够在结构物模型的前后左右进行拍摄，然后将拍摄的影像信息传输给计算机设备，进行三维模型的还原，能够方便准确地模拟冲刷坑的冲刷数据情况，方便工作人员采取对应措施，保障人们的生命财产安全。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明的基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的装置的一种结构示意图；图2是本发明的基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的装置的横向滑轨和纵向滑轨配合的一种结构示意图；图3是本发明的基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的装置的竖向支撑架和竖直探臂配合的一种结构示意图；图4是本发明的基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的装置的标示物的一种结构示意图；图中，1—方形框架，2—水槽，3—结构物模型，4—标示物，5—横向滑轨，6—纵向滑轨，7—第一滑块，8—第二滑块，9—竖向支撑架，10—竖直探臂，11—水平探臂，12—螺栓孔，13—球形云台，14—摄像机，15—方形本体，16—支撑腿。
具体实施方式
18.以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。
19.如图1至图4所示，本发明的基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的装置，包括方形框架1，在该方形框架1的底部设置有水槽2，在所述的水槽2中心位置设置有结构物模型3，在该结构物模型3的上游侧和/或下游侧设置有标示物4；在所述的方形框架1上设置有两个横向滑轨5，在该横向滑轨5上滑动配合有两个纵向滑轨6；在所述的纵向滑轨6上滑动配合有竖向支撑架9，在该竖向支撑架9上连接有摄像头探臂；在所述的摄像头探臂的末端设置有球形云台13，在其中一个球形云台13上安装有摄像机14，该摄像机14连接有计算机设备。本发明的基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的装置，通过方形框架1、水槽2、结构物模型3、标示物4、横向滑轨5、纵向滑轨6、竖向支撑架9、摄像头探臂、球形云台13、摄像机14以及计算机设备等的配合，将摄像机14安装在球形云台13上，竖向支撑架9可以沿着纵向滑轨6滑动，纵向滑轨6能够沿着横向滑轨5滑动，使得球形云台13上安装的摄像机14能够在结构物模型3的前后左右进行拍摄，然后将拍摄的影像信息传输给计算机设备，进行三维模型的还原，能够方便准确地模拟冲刷坑的冲刷数据情况，方便工作人员采取对应措施，保障人们的生命财产安全。
20.作为优选的，在所述的纵向滑轨6的底部设置有与横向滑轨5配合的第一滑块7，在所述的竖向支撑架9的顶部设置有与纵向滑轨6滑动配合的第二滑块8，单独设置第一滑块7和第二滑块8，能够方便安装，方便制作，当滑块损伤也能够方便更换。
21.作为优选的，所述的摄像机探臂为l形，包括竖直探臂10和水平探臂11，所述的球形云台13设置在水平探臂11上，所述的竖直探臂与竖向支撑架9连接。在所述的竖直探臂10和竖向支撑架9上均设置有沿竖直方向的多个螺栓孔12，并配合有相应的连接螺栓。这样设计以后，可以根据实际拍摄需求，更换不同的螺栓孔12连接竖向支撑架9和竖直探臂10，适应不同的高度。
22.作为优选的，所述的标示物4包括方形本体15，在该方形本体15的四个角部球铰连接有支撑腿16，这样设计以后，能够方便标示物4的位置微调。可以让球铰连接带有阻尼，能够方便微调标示物4的高度。
23.作为优选的，所述的摄像机14配合有gprs模块，并设置有对应的sim卡，该sim卡与计算机无线连接。这样设计以后，摄像机14拍摄的数据可以通过sim卡发送到计算机设备，无需现场布置过多的线，方便滑动，方便拍摄。
24.基于倾斜摄影提取试验冲刷坑三维模型的方法，包括以下步骤：a、将结构物模型3放置在水槽2的中心位置，将标示物4放置在结构物模型3上游边缘位置，将摄像机14安装在上游处纵向滑轨6的球形云台13上，根据标示物4、结构物模型3以及水槽2的位置关系，调整好摄像机14拍摄的位置、焦距以及角度，并记录此时拍摄的位置和角度；可以在结构物模型3、标示物4上设置水准泡，方便调平；b、在横向滑轨5和纵向滑轨6上设置刻度条，设置刻度条后能够方便地确定摄像机14的拍摄点位，并根据刻度条确定摄像机14的拍摄点位，确定好摄像机14的高度，选取合适的螺栓孔12，连接固定竖直探臂10和竖向支撑架9；
c、滑动竖向支撑架9、纵向滑轨6，让摄像机14依次经过确定的拍摄点位进行拍摄,拍摄路径需采用固定顺序，避免信息丢失；d、上游拍摄点位拍摄完成后，将摄像机14拆卸下来，保证摄像机14的焦距不变，安装到下游纵向滑轨6的球形云台13上，重复步骤b、c，进行下游的各个拍摄点位的拍摄，直到完成最后一个拍摄点位；e、将摄像机14拍摄的照片导入影像还原软件进行处理，提取出三维模型，在进行影像还原时，需要对每张照片添加用户连接点和控制点，其中将标示物4长边两端点作为用户连接点，并添加标示物4的实际长度进行模型尺寸标定；将标定物四个角点作为控制点，以标示物4中心点为坐标原点，输入实际三维坐标信息对原始影像信息进行空间标定，标定完成后，由软件计算完成空中三角形加密、纹理映射等步骤，最终得到冲刷坑三维形态模型。
25.作为优选的，在所述的步骤a中，所述的结构物模型3为方形，且长边与水流方向垂直，这样能够方便根据图片快速还原模型。
26.作为优选的，所述的步骤b中，每到达一个拍摄点位，对摄像机14的镜头和焦距进行微调，使其能够拍摄出清晰的结构物模型3照片，保证拍摄视野内包含整个结构物模型3和完整的标示物4。
27.作为优选的，每个拍摄点位拍摄3～5张照片，每张照片拍摄时适当调整摄像机14的拍摄角度，保证相邻两张照片至少有 60%的重叠率，另外还要求两次拍摄的最大夹角不超过 15
°
，这样能够充分获取图像信息。
28.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。