[发明专利]一种立体影像全站仪及其计测方法

说明书

一、技术领域

本发明是集数码CCD(Charge-Coupled Device)面阵相机、电子全站仪(Electronic Total StatiOn)于一体的一个新型设备，用于快速三维近景目标信息采集，能够自动、快速、实时地解算和储存待测目标区域的空间三维座标。以该设备为核心，配以数字图像三维信息提取和三维目标模型生成软件，共同构成具有定位、精密点位测量、近景目标成像、自动或半自动三维测量、三维模型生成的近景目标快速成像三维测量系统。尤其对于森林资源监测中树干解析测量，包括胸径、任意树高直径、树高、冠层结构等。 

二、技术背景

从国内外应用情况来看，在城市地面测量及各类工程测量中，一般采用点采集方式(全站仪、GPS接收机等)，这种方式虽然具有灵活、精度高的特点，但采集速度慢、效率低，不便生成三维模型；近景摄影测量虽然克服了单点采集模式的缺点，但需在物方粘贴测量标志，通过物方控制解算摄站的外方位元素，且对于无法接触目标和危险物不可量测。 

CCD(Charge-Coupled Device)面阵相机、电子全站仪(E1ectronic Total Station)各单项技术都已经成熟，关于它们各自的功能也已经众所周知，然而，目前还没有一种仪器能够很好的提取树木的所有信息，解决具体、实用的问题。 

在摄影测量领域，照相机拍摄的照片早已经被用于空间三维座标的解算以及各种地面模型的构建，但依赖于解算参数(内方位元素和外方位元素)的获取方法却一直是个问题，特别是对近景摄影测量而言。另一方面，数码CCD面阵相机在面市，以及计算机技术的发展，使目标三维信息提取采用数字近景摄影测量技术与方法成为必须，相应的空间座标解算也变得趋向于自动化、实时化，本发明为这种应用提供了一种具体、实用的方法。 

在测树学领域，立木的测量一直是一个难于解决的问题，传统的方法是采用树干解析进行，即伐倒树，分段取圆木，对圆盘上各生长年轮进行测量，构造树干解析曲线，进而解算各单株木的指标(树高、材积、形数及生长量)；另外就是用生长锥钻入树干，取树皮至髓心的钻条，在上面测量各年轮的生长量，这种方法不用伐树，但误差较大。这些方法都不能很好的对单株木的生长情况作很好的监测，本发明能很好的解决这一问题。 

三、发明的内容

为了森林资源的合理经营与可持续发展，合理安排采伐与森林更新，管理部门需要进行森林资源调查，以查清森林资源及其结构与地理分布，评定森林的质量、生长动态与经济指标。立体影像全站仪测树技术利用全站仪的测距测角功能及利用数码相机获得样本树的立体 像对，配合掌上电脑可以快速测定样本树的胸径、任意处直径，从而准确计算样本树的品质及材积，为林业管理部门提供准确的经济规划依据、决策依据。 

本发明的目的是这样实现的： 

立体影像全站仪集CCD(Charge-Coupled Device)面阵数码相机、GPS(Global Position System，电子全站仪(Electronic Total Station)于一体，相机部分是呈等边三角形状的三个相机，将其安装在望远镜上侧与望远镜固定在一起，相机主光轴方向与望远镜平行，像平面过全站仪横轴。 

立体影像全站仪的计测方法如下：以PDA为工具，以Win CE为操作平台，集成GPS数据采集、坐标解算、存储；全站仪对物方控制点的测量过程控制、自动记录、坐标解算、存储；数码相机的自动拍摄、图像存储及空间三维坐标的解算于一体，实现自动、快速、实时解算待测目标区域的空间三维坐标； 

其中，各立体影像全站仪部件以Win CE为平台，进行数据的记录、存储、交换、解算，在立体影像全站仪中，数码相机起获取待测目标区域的立体影像的功能，然后通过蓝牙传输进入PDA；GPS用于获取测站点三维坐标，与全站仪获取的前方待拍区域各控制点相应参数一起，在PDA中解算各控制点三维坐标，为数码相机拍摄的数字图像提供相应的内方位元素和外方位元素；在PDA中实现实时、自动、快速解算目标区域的三维坐标；