本發(fā)明涉及一種道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置，還涉及采用道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置采集道路設(shè)施位置、圖像信息的方法。

背景技術(shù)：

伴隨我國各種類型道路的不斷建設(shè)，道路總里程不斷增長，提升道路設(shè)施的管理水平非常重要?？焖俣鴾?zhǔn)確的獲取道路設(shè)施位置、圖像信息，是提高道路設(shè)施管理水平的重要保障。

對于道路設(shè)施位置、圖像信息的獲取，傳統(tǒng)的方法有人工采集和車（機(jī)）載激光掃描雷達(dá)（lidar）自動(dòng)采集兩種。人工采集法需要大量現(xiàn)場調(diào)查人員在外業(yè)逐一采集每個(gè)道路設(shè)施的位置、圖像信息，并在內(nèi)業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，建立空間及屬性數(shù)據(jù)庫，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人員成本高，外業(yè)工作時(shí)有一定的危險(xiǎn)，整體而言效率低下，無法滿足高效、快速、準(zhǔn)確采集道路設(shè)施位置、圖像信息的要求。車（機(jī)）載激光掃描雷達(dá)采集法使用激光掃描雷達(dá)采集道路設(shè)施的激光反射云點(diǎn)數(shù)據(jù)，配合高性能照相機(jī)進(jìn)行道路設(shè)施三維建模，進(jìn)而獲得道路設(shè)施位置、圖像信息，這種方法采集過程自動(dòng)化程度高，采集的道路設(shè)施坐標(biāo)精度高，缺點(diǎn)是儀器設(shè)備價(jià)格高，采集得到的數(shù)據(jù)量龐大，對儀器操作及數(shù)據(jù)處理人員要求高。同時(shí)該方法采集得到的道路設(shè)施坐標(biāo)，精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)施管理對設(shè)施坐標(biāo)精度的要求，造成了一定的浪費(fèi)。

在自動(dòng)化快速提取道路道路設(shè)施位置、圖像信息方面，國內(nèi)做了大量研究，集中在以車輛、無人機(jī)為載體的道路信息自動(dòng)提取技術(shù)，然而大部分技術(shù)的儀器設(shè)備依靠國外進(jìn)口，成本較高，且采集精度超過道路設(shè)施管理對坐標(biāo)精度的要求。因此，迫切需要開發(fā)方便、快捷、高效、低成本提取道路設(shè)施位置及圖像信息的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)道路設(shè)施位置、圖像信息的快速提取，完成道路設(shè)施的數(shù)字化、可視化管理，更好的服務(wù)于道路養(yǎng)護(hù)單位、政府部門和相關(guān)企業(yè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種能夠快速采集道路設(shè)施位置、圖像信息的采集裝置，可以快速采集道路上、道路兩側(cè)一定范圍內(nèi)各種設(shè)施的位置、圖像信息。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置采用的技術(shù)方案是：

一種道路位置、圖像信息采集裝置，包括車輛主體，車輛主體安裝有用于拍攝車體一側(cè)或多側(cè)照片的一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)或攝像頭、用于記錄照片拍攝時(shí)gps位置的裝置、用于記錄拍攝照片時(shí)相機(jī)位置及姿態(tài)信息的傳感器裝置（如gps傳感器、電子羅盤、電子陀螺儀等）、有安裝于車內(nèi)用于控制設(shè)備工作狀態(tài)及進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的工作站、有安裝于車內(nèi)用于給各個(gè)設(shè)備供電的電源裝置；用于采集信息的子裝置與安裝在車輛主體內(nèi)部的工作站通過有線或無線方法連接；工作站內(nèi)置同步控制子系統(tǒng)，用于對照相機(jī)、攝像頭、gps、電子羅盤、電子陀螺儀等設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、動(dòng)作控制及狀態(tài)監(jiān)視；采集所得的影像等數(shù)據(jù)，可以保存在照相機(jī)及各個(gè)傳感器中，也可以保存在車輛內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲工作站中；工作站內(nèi)置數(shù)據(jù)處理和分析子系統(tǒng)，對影像數(shù)據(jù)、坐標(biāo)數(shù)據(jù)、相機(jī)或攝像頭姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過半自動(dòng)或全自動(dòng)方法提取出道路設(shè)施位置、圖像信息，并實(shí)現(xiàn)道路設(shè)施位置、圖像信息的存儲及管理。

本發(fā)明道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置采用的技術(shù)原理是：

以車輛為載體，采集信息的子裝置在車輛運(yùn)動(dòng)過程中，控制各個(gè)子系統(tǒng)采集車輛一側(cè)或多側(cè)道路設(shè)施照片，并記錄照片拍攝時(shí)相機(jī)的gps位置、照片拍攝時(shí)相機(jī)的姿態(tài)信息。采集所得的數(shù)據(jù)，可以保存在照相機(jī)及各個(gè)傳感器中，也可以通過有線或無線方法傳輸?shù)杰囕v內(nèi)部的工作站的數(shù)據(jù)存儲器中。工作站內(nèi)置數(shù)據(jù)處理和分析子系統(tǒng)，對影像數(shù)據(jù)、坐標(biāo)數(shù)據(jù)、相機(jī)或攝像頭姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。運(yùn)用經(jīng)典測量學(xué)中的前方交匯法，通過半自動(dòng)或全自動(dòng)方法提取出道路設(shè)施位置信息，并記錄該設(shè)施的圖像信息。

本發(fā)明道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置采用的照相機(jī)或攝像頭，具有連續(xù)高速拍攝高清晰度圖像的能力，所拍攝的圖像可以通過畸變校正處理，消除鏡頭畸變對坐標(biāo)計(jì)算產(chǎn)生的影響。

本發(fā)明道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置采用的相機(jī)姿態(tài)信息傳感器裝置，用于記錄拍攝照片時(shí)相機(jī)的姿態(tài)信息，如俯仰角、橫滾角、方位角。這些姿態(tài)信息參數(shù)可以通過電子羅盤、電子陀螺儀等設(shè)備獲取。

本發(fā)明道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置具有安裝于車內(nèi)用于控制各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)備工作狀態(tài)及進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的工作站，工作站內(nèi)置數(shù)據(jù)處理和分析子系統(tǒng)，對影像數(shù)據(jù)、坐標(biāo)數(shù)據(jù)、相機(jī)或攝像頭姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過半自動(dòng)或全自動(dòng)方法提取出道路設(shè)施位置、圖像信息，并實(shí)現(xiàn)道路設(shè)施位置、圖像信息的存儲及管理。

本發(fā)明道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置采用的給各個(gè)設(shè)備供電的電源裝置，具備在車輛行駛中自動(dòng)充電的功能，以保證長時(shí)間續(xù)航能力。

所述的攝像頭或照相機(jī)安裝在車輛主體的頂部；所述的gps定位裝置、相機(jī)姿態(tài)信息傳感器裝置，安裝在車輛主體的頂部或內(nèi)部。

本發(fā)明還提供了一種道路設(shè)施位置信息采集裝置采集道路位置、圖像信息的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置采集道路位置、圖像信息的方法包括以下步驟：

（1）作業(yè)準(zhǔn)備：搜集測區(qū)資料，編寫實(shí)施方案；

（2）數(shù)據(jù)采集：首先，進(jìn)行測前檢查；其次，由工作站控制各個(gè)采集信息子裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同步拍攝車體一側(cè)或多側(cè)的照片，記錄照片拍攝時(shí)相機(jī)或攝像頭的gps位置、相機(jī)姿態(tài)信息，并在采集過程中進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視及數(shù)據(jù)存儲；

（3）數(shù)據(jù)預(yù)處理：對采集得到的照片數(shù)據(jù)、gps位置信息、相機(jī)姿態(tài)信息進(jìn)行處理和分析，包括圖像增強(qiáng)、坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化（如wgs坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為高斯直角坐標(biāo)系）；

（4）道路設(shè)施位置信息提?。焊鶕?jù)數(shù)據(jù)預(yù)處理得到的結(jié)果，對照片拍攝地點(diǎn)進(jìn)行地圖顯示；根據(jù)照片拍攝地點(diǎn)，選擇反映某一道路設(shè)施的照片對；依據(jù)同一道路設(shè)施在不同地點(diǎn)拍攝的照片上位置的不同，根據(jù)視差原理，運(yùn)用經(jīng)典測量學(xué)中的前方交匯法，通過半自動(dòng)或全自動(dòng)方法提取出道路設(shè)施位置信息，并記錄該設(shè)施的圖像信息；

（5）數(shù)據(jù)管理：對提取的道路設(shè)施位置、圖像信息進(jìn)行編輯、管理和結(jié)果輸出，最終實(shí)現(xiàn)將道路設(shè)施位置、圖像信息按照系統(tǒng)設(shè)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建庫存放，并可供后續(xù)其他系統(tǒng)檢索和調(diào)用。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

道路設(shè)施采集效率高，外業(yè)操作全部自動(dòng)化完成，只需采集車（道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置）在待測段道路上行駛即可完成對該段道路信息的快速獲取，同步采集道路設(shè)施位置、圖像數(shù)據(jù)，有效降低成本。同時(shí)該方法過程簡單，操作方便，便于推廣普及，因此可定期對道路沿線設(shè)施進(jìn)行巡查。

附圖說明

圖1是道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置示意圖。

圖2是道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置采集道路信息的工作原理。

圖3是計(jì)算道路設(shè)施坐標(biāo)使用的前方交會法定位原理示意圖。

圖4是采集道路設(shè)施位置、圖像信息數(shù)據(jù)處理流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。

如圖1所示為道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置的示意圖。道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置，包括以下組成部分：1，車輛主體，安裝有以下裝置：用于拍攝車體一側(cè)或多側(cè)照片的一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)或攝像頭、用于記錄拍攝照片時(shí)相機(jī)位置及姿態(tài)信息的傳感器裝置（如gps傳感器、電子羅盤、電子陀螺儀等）、用于控制設(shè)備工作狀態(tài)及進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的工作站、用于給各個(gè)設(shè)備供電的電源裝置；2、用于拍攝車體一側(cè)或多側(cè)照片的一個(gè)或多個(gè)照相機(jī)或攝像頭3、用于記錄拍攝照片時(shí)相機(jī)姿態(tài)信息的傳感器裝置（如電子羅盤、電子陀螺儀等）4、用于控制設(shè)備工作狀態(tài)及進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的工作站5、用于給各個(gè)設(shè)備供電的電源裝置6、各個(gè)采集信息的子裝置與安裝在車輛主體內(nèi)部的工作站、電源裝置連接7、道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置以車輛為載體，集成多種采集信息子裝置，自動(dòng)獲取道路設(shè)施位置、圖像信息，對車輛行駛位置進(jìn)行精確測量，實(shí)現(xiàn)道路設(shè)施位置、圖像信息的自動(dòng)采集及管理，可廣泛應(yīng)用于道路設(shè)施位置、圖像信息的采集和更新，也可廣泛應(yīng)用于路側(cè)建筑三維建模、街景地圖和三維道路導(dǎo)航數(shù)據(jù)的生產(chǎn)。。

在車輛行進(jìn)過程中，完成車輛一側(cè)道路圖像數(shù)據(jù)和附屬信息數(shù)據(jù)的采集、處理等工作。電源在車輛行駛中自動(dòng)充電，以保證長時(shí)間續(xù)航能力。工作站內(nèi)置數(shù)據(jù)處理和分析子系統(tǒng)，對照片數(shù)據(jù)、坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，提取出道路設(shè)施位置、圖像信息，并進(jìn)行信息的管理。

如圖2所示為道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置采集道路信息的工作原理。車輛行進(jìn)過程中，使用道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置對道路兩側(cè)進(jìn)行連續(xù)拍照，同一地物（圖中為道路一側(cè)的指示標(biāo)牌）在不同地點(diǎn)拍攝的照片上的位置不同。根據(jù)該視差角度，結(jié)合拍照時(shí)相機(jī)姿態(tài)信息，可以計(jì)算出道路設(shè)施相對照片拍攝地點(diǎn)的方位角，進(jìn)而根據(jù)前方交會法原理計(jì)算道路設(shè)施的坐標(biāo)。

如圖3所示為是計(jì)算道路設(shè)施坐標(biāo)使用的前方交會法定位原理示意圖。前方交會法定位是在已知a、b點(diǎn)坐標(biāo)（x1、y1，x2，y2）的情況下，通過觀測角α1和角α2，求出點(diǎn)c坐標(biāo)（x3，y3）的定位方法，針對圖2所示例子采集得到的數(shù)據(jù)，可以構(gòu)建如圖3所示的幾何模型，并得到方程式如公式1、2所示。注意本研究中使用測量坐標(biāo)系，縱軸向上為x軸正方向，橫軸向右為y軸正方向，方位角計(jì)算以正北為起點(diǎn)，順時(shí)針方向增加。本研究中直接觀測到的是導(dǎo)線的方位角，與傳統(tǒng)前方交會定位法測量中觀測三角形內(nèi)角的方法略有不同，但使用的幾何原理一致。

（公式1）

（公式2）

整理得到c點(diǎn)的坐標(biāo)如公式3、4所示：

（公式3）

（公式4）

點(diǎn)c坐標(biāo)的誤差可以根據(jù)公式5、6計(jì)算：

公式（5）

公式（6）

上式中，為誤差估算值，為角度觀測誤差。

圖4是采集道路設(shè)施位置、圖像信息數(shù)據(jù)處理流程圖。使用道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置對道路兩側(cè)進(jìn)行連續(xù)拍照，同步采集gps信息、相機(jī)姿態(tài)信息。將采集得到的數(shù)據(jù)通過有線、無線的方法傳輸?shù)杰囕v內(nèi)部的工作站中。對照片數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，刪除個(gè)別的無效照片。從照片中讀取拍照位置的gps信息，根據(jù)用戶要求將經(jīng)緯度格式的地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為投影坐標(biāo)（如高斯克呂格投影），此時(shí)即可在地圖上顯示拍照點(diǎn)的位置。選擇拍攝某一道路設(shè)施的一對照片，根據(jù)記錄的相機(jī)姿態(tài)參數(shù)，結(jié)合當(dāng)?shù)卮牌?，?jì)算得到該道路設(shè)施相對于照片拍攝點(diǎn)的方位角。根據(jù)一對照片的拍照點(diǎn)位置及方位角，運(yùn)用前方交會法，完成道路設(shè)施坐標(biāo)的計(jì)算。將道路設(shè)施位置坐標(biāo)、圖像信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，完成道路設(shè)施位置、圖像信息的采集。

本發(fā)明自主研發(fā)了道路設(shè)施位置、圖像信息采集裝置和采集信息的方法，能夠自動(dòng)、高效準(zhǔn)確提取道道路設(shè)施位置、圖像信息，最終完成道路設(shè)施的數(shù)字化、可視化管理，更好的服務(wù)于道路養(yǎng)護(hù)單位、政府部門和相關(guān)企業(yè)。