[发明专利]一种北斗和摄像模块结合的边坡监测装置以及方法

权利要求书

1.一种北斗和摄像模块结合的边坡监测方法，其特征在于，包括北斗监测站、北斗基准站以及后台处理中心；北斗监测站和北斗基准站的数量均包括至少两件，所述北斗基准站间隔设置；所述北斗监测站间隔设置于待监测边坡；北斗监测站与北斗基准站通讯连接；北斗基准站上设有摄像模块，摄像模块用于采集边坡和北斗监测站的照片信息；北斗基准站与后台处理中心通讯连接，后台处理中心解算处理北斗监测站和北斗基准站的北斗监测信息，以及分析处理摄像模块采集的摄像照片信息；

具体包括以下步骤：

S1、边坡监测装置的布置，在待监测边坡间隔布设两个北斗监测站，在边坡下边0-200m的范围间隔设置两个北斗基准站：北斗基准站A和北斗基准站B，通过调平机构的整平螺旋和气泡水平仪对北斗基准站上的摄像模块进行整平，摄像模块的摄像头通过轴承的转动，调节摄像头在水平面的摄像角度，摄像头通过转动轴的转动，调节摄像头的俯仰摄像角度；确保北斗基准站的摄像头能够采集拍摄边坡上设置的两个北斗监测站；设置北斗监测站和北斗基准站的采样间隔，以及设置北斗基准站的摄像头拍摄的时间间隔；

S2、监测数据回传，北斗监测站和北斗基准站采集的北斗监测数据以及北斗基准站上摄像头采集的照片数据传回至后台处理中心；

S3、监测数据处理与分析，后台处理中心对回传的监测数据进行分析处理，具体包括坐标解算、外方位元素解算、像素点坐标计算和生成位移图步骤；依据相邻两次生成的位移图变化得出边坡发生的位移量；

坐标解算具体包括：后台处理中心将北斗基准站和北斗监测站做不同基线组合，同时将北斗监测站的北斗数据和北斗基准站的北斗数据进行解算，得到各个基线的基线向量，得到两个北斗监测站的坐标：(X₁，Y₁，Z₁)、(X₂，Y₂，Z₂)，以及北斗基准站A的坐标(X_A，Y_A，Z_A)，北斗基准站B的坐标为(X_B，Y_B，Z_B)；北斗基准站A上摄像头A的坐标为(X_A，Y_A，Z_A-h)；北斗基准站B上摄像头B的坐标为(X_B，Y_B，Z_B-h)，h为摄像头中心距北斗天线中心的距离；

外方位元素解算具体包括：将北斗数据解算得到的两个监测点坐标(X₁，Y₁，Z₁)和(X₂，Y₂，Z₂)、两个北斗基准站的坐标(X_A，Y_A，Z_A)和(X_B，Y_B，Z_B)以及摄像头A的坐标(X_A，Y_A，Z_A-h)带入公式①，同时进行最小二乘解算，得到北斗基准站A的摄影姿态角ω_A、k_A；

将北斗数据解算得到的两个监测点坐标(X₁，Y₁，Z₁)和(X₂，Y₂，Z₂)、两个北斗基准站坐标(X_A，Y_A，Z_A)和(X_B，Y_B，Z_B)，摄像头B的坐标为(X_B，Y_B，Z_B-h)带入公式①，同时进行最小二乘解算，得到北斗基准站B的摄影姿态角ω_B、k_B；

摄影测量的共线方程：

①：

②：

式①和式②中，(u，v)为像点的像平面坐标，即监测点在相片中的坐标，通过测量北斗监测站在照片中的坐标得到，为已知参数；(u₀，v₀，f)为相片的内方位元素，由摄像头的参数确定，为已知参数；(X_s，Y_s，Z_s)为摄影中心的坐标，即摄像头中心坐标，利用北斗接收机解算得到，为已知参数；(X，Y，Z)为物方点的物方空间坐标，即监测点的坐标，为已知参数；ω、k为摄影姿态角；a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、c₁、c₂、c₃为由摄影姿态角ω、k确定的方向余弦；

像素点坐标计算具体包括：将摄像头A和摄像头B的内方位元素以及北斗基准站A和北斗基准站B的姿态角带入公式①，以及配合相片中的每个像素代入都能得到四个方程，同时利用最小二乘计算得出相片中每个像素点在边坡中的坐标(X，Y，Z)；

生成位移图；将计算得到的每个像素点的坐标减去上一期相片计算得到的坐标值，通过后台处理中心生成两期边坡的位移图，两期边坡位移图的变化为边坡发生的位移量。