基于多活动控制系统的交通事故现场摄影测量处理方法

摘要

本发明公布了一种基于多活动控制系统的交通事故现场摄影测量处理方法，所述方法包括：(1)设计一种上小下大的半圆台形活动控制系统；(2)将多个(m个)活动控制系统安放在交通事故现场，从多个角度拍摄数码像片；(3)对像片内的m个活动控制系统分别计算，得到与m个活动控制系统相对应的直接线性变换参数、畸变系数以及内外方位元素；(4)对像片内的m个活动控制系统整体计算，分别得到m个直接线性变换参数以及同意的内方位元素和畸变系数；(5)选择两张像片组成立体像对，选择相同的活动控制系统，计算目标点的三维坐标。

主权项

1.一种基于多活动控制系统的交通事故现场摄影测量处理方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：设计活动控制系统步骤11：所述活动控制系统上下分别为半圆结构，上下半圆之间加设三个半圆；在每个半圆上设置5个测量标志；步骤12：用几何测量的方法，测量活动控制系统上测量标志的三维坐标(X、Y、Z)，每个活动控制系统具有独立的坐标系统；步骤2：拍摄像片在交通事故现场附近安置m个活动控制系统，并将活动控制系统上25个测量标志朝向拍摄方向，从不同方向拍摄测量目标和活动控制系统的像片，其中m为大于1的自然数；步骤3：相机标定和计算像片的方位元素步骤31：每个活动控制系统单独进行如下计算：①获取第i个活动控制系统上六个以上测量标志的像片坐标(x，y)；②利用三维直接线性变换公式(1)计算三维直接线性变换参数和像片畸变系数k₁；$\left.\begin{array}{c}x+\mathrm{\Delta x}+\frac{l_{1}X+l_{2}Y+l_{3}Z+l_4}{l_{9}X+l_{10}Y+l_{11}Z+1}=0\\ y+\mathrm{\Delta y}+\frac{l_{5}X+l_{6}Y+l_{7}Z+l_8}{l_{9}X+l_{10}Y+l_{11}Z+1}=0\end{array}\right\}---\left(1\right)$其中：$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Delta x}=k_1{r}^2(x-x_0)\\ \mathrm{\Delta y}=k_1{r}^2(y-y_0)\end{array}\right.$为畸变，$r=\sqrt{{(x-x_0)}^2+{(y-y_0)}^2},$l₁、l₂、l₃、l₄、l₅、l₆、l₇、l₈、l₉、l₁₀、l₁₁为三维直接线性变换参数；③根据三维直接线性变换参数计算像片的内方位元素：先计算过渡参数${\gamma }_3^2=\frac{1}{l_9^2+l_{10}^2+l_{11}^2}$然后计算内方位元素(x₀，y₀)：$\begin{array}{c}{x}_0=-(l_1{l}_9+l_2{l}_{10}+l_3{l}_{11})/(l_9^2+l_{10}^2+l_{11}^2)\\ y_0=-(l_5{l}_9+l_6{l}_{10}+l_7{l}_{11})/(l_9^2+l_{10}^2+l_{11}^2)\end{array}---\left(2\right)$再计算像片x轴和y轴比例尺不一致参数ds和x轴和y轴不垂直参数dβ：$\mathrm{ds}=\sqrt{\frac{{\gamma }_3^2(l_1^2+l_2^2+l_3^2)-x_0^2}{{\gamma }_3^2(l_5^2+l_6^2+l_7^2)-y_0^2}}-1---\left(3\right)$$\mathrm{d\beta }=\arcsin \left\{\frac{\frac{(l_1{l}_5+l_2{l}_6+l_3{l}_7)}{(l_9^2+l_{10}^2+l_{11}^2)}-x_0{y}_0}{[{\gamma }_3^2(l_1^2+l_2^2+l_3^2)-x_0^2][{\gamma }_3^2(l_5^2+l_6^2+l_7^2)-y_0^2]}\right]---\left(4\right)$进一步计算摄影时的相机物镜焦距f_x：$f_x=\cos \mathrm{d\beta }\sqrt{\frac{l_1^2+l_2^2+l_3^2}{l_9^2+l_{10}^2+l_{11}^2}-x_0^2}---\left(5\right)$④同样，根据三维直接线性变换参数计算像片的外方位元素：X_s、Y_s、Z_s分别表示摄影点在摄影测量坐标中的三维坐标；ω、κ是摄影瞬间的摄影姿态参数，其中ω、κ分别表示摄影的侧滚角、俯仰角和旋转角；利用直接线性变换参数与X_s、Y_s、Z_s之间的方程计算X_s、Y_s、Z_s：$\left.\begin{array}{c}{l}_1{X}_s+l_2{Y}_s+l_3{Z}_s=-l_4\\ l_5{X}_s+l_6{Y}_s+l_7{Z}_s=-l_8\\ l_9{X}_s+l_{10}{Y}_s+l_{11}{Z}_s=-1\end{array}\right\}---\left(6\right)$计算摄影姿态参数时，先计算过渡参数：a₃ b₃ c₃ b₂ b₁；$\left\{\begin{array}{c}{a}_3=l_9{\gamma }_3\\ b_3=l_{10}{\gamma }_3\\ c_3=l_{11}{\gamma }_3\\ b_2=\frac{(l_6{\gamma }_3+b_3{y}_0)(1+\mathrm{ds}\cos \mathrm{d\beta })}{f_x}\\ b_1=\frac{(l_2{\gamma }_3-b_2{f}_x\tan \mathrm{d\beta }+b_3{x}_0)}{f_x}\end{array}\right.$然后利用这5个过渡参数计算ω、κ：⑤这样，m个活动控制系统就得到m组包含12个参数的参数：(X_s、Y_s、Z_s、ω、κ、f_x、x₀、y₀、ds、dβ、k₁)；步骤32：对于同一张像片，对m个活动控制系统分别进行计算；对m个活动控制系统再进行一次整体平差，得到相同的内方位元素和畸变(f_x x₀ y₀ ds dβ k₁)；整体平差中加入内方位元素和畸变互相相等的条件，条件式为：$\left\{\begin{array}{c}{f}_x^i=f_x^j\\ x_0^i=x_0^j\\ y_0^i=y_0^j\\ {\mathrm{ds}}^i={\mathrm{ds}}^j\\ {\mathrm{d\beta }}^i={\mathrm{d\beta }}^j\\ k_1^i=k_1^j\end{array}\right.---\left(8\right)$式中：i、j分别代表不同的活动控制系统对应的序号，i＝1，2，....m，j＝1，2，....m；步骤4：计算测量目标的三维坐标步骤41：选择立体像对：从所拍摄的像片中选择不同角度拍摄的两张照片，确保这两张照片中包含相同的活动控制系统，这两张照片组成立体像对；步骤42：获取所需要三维测量的点分别在这两张像片上的图像坐标(x₁，y₁)和(x₂，y₂)；步骤43：根据两张像片上所包含的相同活动控制系统，选择该活动控制系统所对应的直接线性变换参数和物镜畸变参数；步骤44：利用严密前方交会公式计算所求点的三维坐标：a)对(x₁，y₁)和(x₂，y₂)进行畸变改正：$\left\{\begin{array}{c}x+\mathrm{\Delta x}=x+k_1(x-x_0)r^2\\ y+\mathrm{\Delta y}=y+k_1(y-y_0)r^2\end{array}\right.$b)组成误差方程式：$\left\{\begin{array}{c}{v}_x=-\frac{1}{A}[(l_1+l_{9}x)X+(l_2+l_{10}x)Y+(l_3+l_{11}x)Z+(l_4+x)]\\ v_y=-\frac{1}{A}[(l_5+l_{9}y)X+(l_6+l_{10})Y+(l_7+l_{11}y)Z+(l_8+y)]\end{array}\right.---\left(9\right)$其中：A＝l₉X+l₁₀Y+l₁₁Z+1为过渡参数；c)利用最小二乘法，根据公式(9)计算所求点的三维坐标(X Y Z)。