2018年第5期 信息通信2018
(总第 185 期）INFORMATION&COMMUNICATIONS(Sum.N o 185)
带制约条件的DLT在变形监测中的应用
汪天伟，吴兆福
(合肥工业大学大学土木与水利工程学院，安徽合肥230009)
摘要：传统的变形测量存在外业工作量大和效率不高等一些不足，同时非量测数码相机在近景摄影测量中的使用越来越 广泛，使得非量测相机检校的重要性不断提升。针对以上两点问题，文章对非量测相机进行了高精度的检校，同时基于 直接线性变换法，对该算法进行约束，通过基坑实验来证明改进后算法的可行性。 关键词：近景摄影测量；直接线性变换法；相机检校；光束法平差
中图分类号:P232 文献标识码:A文章编号=1673-1131(2018)05-0004-03
Application research on deformation monitoring by using DLT method with additional constraints
Wang Tianwei,Wu Zhaofu
(1.School of Civil and Hydraulic Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009, China)
AbstractrThe traditional deformation measurement has some shortcomings such as large amount of work and low efficiency.
At the same time,the use of non-measurement digital cameras in close range photogrammetry is becoming more and more extensive,which makes the importance of calibration for non-measurement cameras increasing.In order to solve the above two problems,this paper calibrated the non-measuring camera with high precision,and based on the direct linear transformation,the algorithm is constrained,and the feasibility of the improved algorithm is proved by the foundation pit experiment.
Key words:Close-range photogrammetry;DLT;Camera calibration;method of beam adjustment
〇引言
现如今，近景摄影测量作为摄影测量与遥感学科的一个 分支，因其高效、高精度的测量手段，开始广泛应用于变形测 量中。并且随着科学技术的飞速发展和计算机的广泛应用，测量人员可以不再受专用
设备的制约，同时可以通过更精密 的数学模型来对近景摄影测量中的系统误差进行处理。
目前近景摄影测量中使用到的相机有两种，分别是量测 相机和非量测相机。量测相机作为一种专门为测量而设计的 相机，常应用于高精度测量，但存在其操作复杂，成本偏贵，适 应环境能力差等问题。而非量测相机在精度上虽然不及量测 相机，但因为其适应环境能力强，而且价格适中，外业也便于 携带。同时关于非量测相机的检校，已经有比较多的学者对 此进行过研究，并且提出了相应的理论和方法，从而在变形监 测中越来越多的出现了非量测相机的身影。本文所使用的单 反相机也属于非量测相机。
直接线性变换解法(DLT)是建立像点坐标仪坐标和相应 物点物方空间坐标之间直接的线性关系的算法，因无需内外 方位元素的初始近似值，特别适用于非量测相机[1]。夏楠提出 基于最小二乘法的DLT摄像机定标法B]，任伟中研究了数字化 近景摄影测量在模型试验变形测量中的应用[3]等，但由于一般 D LT解法只能求出精度相对较低的数据结果，因此非量测相 机的检校和D LT算法的改进就显得尤为重要[4]。 本文基于以上问题，对非量测相机进行了室内三维场的 检校，并且对经典的DLT算法进行了制约，从而提高后续数据 的精度，同时与光束法平差进行精度比较来验证改进的DLT 算法的可靠性。
1直接线性变换法
摄影测量中最基本的共线方程式为：
x..a,(x-x s)+bl(r-rs)+cl(z-z s)
a,(jr-jrs)+63(y-rs)+c3(z-z s)
aA X-X s^b^Y-Y^c^Z-z M()
7 ai(X-X s)+bi(Y-Y s)+c^Z-Z s)
上式中,x,y为物方点对应的像点的在像平面坐标系下的 坐标;x〇，y»，f为影像的内方位元素;X S,Y S,Z S为摄站点的物方 空间坐标;X,Y,Z为物方点在物方空间坐标系下的坐标
C i«=1,2,3)为9个方向余弦。
直接线性变换解法其实也是从共线条件方程式演绎而来 的，它是建立关于像点的坐标仪坐标与像点对应的物方点空 间坐标之间直接的线性关系的算法气对共线方程进行推演就 得出直接线性变换法的公式如下：
l,X + ll0Y+ltlZ + \
/
9A-+/10r+/nz+i
在近景摄影测量工程应用中，D LT算法因其无需已知的 内外方位元素特别适合非量测相机。对于非量测相机来说, 因其镜头畸变差相对比较大，所以拍摄的像片在处理的时候, 进行像点坐标的量测会有一定的误差，这样会降低物方空间 坐标值的解算精度[6]。这个时候我们就需要注意要引入畸变差 参数。所以当有多余观测值的时候，此时我们引入像点坐标观 测值的改正数(vx,vy)以及像点坐标的非线性改正数(Ax,Ay)，可将(2)式改为：
(•X+ vx)+ Ax+
0,+ v^) + Ay+
/，尤+/2y+/3z+/ 4
_〇
/9^+/I0y+/nz+i
/5A T+ /6y+ /7Z+ /g_Q
/9^r+/I0r+/nz+i
Ax = x\k x r2 + k2rA )+P x(r2 + l x1)+2P2//1
Ay = y\k]r2 +^2r4)+/>2(r2+2/2)+2^/\
(3)
(4)
布里渊散射上式中x^(x-x D),y=(y-yQ)，fc、fe为径向畸变系数，Pi、P2为切向畸变系数，r为像点向径。
从而列出误差方程为：
vx = --+A(x-x〇)r2k x +x]
A
=_^[C+J C k-少〇)/*%+y]
其中：
(5)
4
信息通信汪天伟等：带制约条件的DLT在变形监测中的应用
非药用类麻醉药品和精神药品列管办法/i=/9^+/I0r+/nz+i
5=/, j r+/2y+/3z+/4+ xw9+x>7,〇+jcz/u
C= l^X+ /g+yXl^ yY l^Q+yZly^
上述平差运算是一个迭代过程，&相邻两次的差值小于
0.01的时候结束运算。后面所进行的相机检校时，拍摄的三
维试验场的像片在处理时所用的解法就是根据上面精确计算
1系数的步骤一步一步解算的，在求出1系数的时候再解算出
像片的内方位元素和我们所需要的dS、dp。
2带有制约条件的DLT算法
从共线条件方程中可以看出像点坐标到物方点坐标的转
换有9个自由度，如果不考虑1系数之间的相关性，那么解算
出来的11个1系数并非只有唯一解。这样会影响后续坐标数
据的结算，从而降低物方点的空间坐标的精度[7]。所以需要对
直接线性变换解法进行改进，通过附加条件对其进行约束，解
决1系数解的不唯一问题，这样在提高相机检校的精度的同时
也有可能使得D LT算法与光束法平差解法比拟。因为数码相
机存在畸变情况，可以附加关于比例尺一致d s和正交性的制
约dp的条件。限制条件如下:
dfi=cl
ds=c2
(6)
Cl和C2为已知常数，与(5)结合形成了带有制约条件的间
接平差。
通过制约条件的D LT算法解出1系数以后，此时把改正
过非线性误差的坐标(x+Ax,y+Ay)就作为直接线性变换法关
系式中(x，y)，则(2)式改为：
(* + vx) + (少+^)+^X+l J+ljZ+l^
l9X + l{0Y + luZ + \
l}X + l J + l,Z + lt
/9^r+/10y+/nz+i
(7)
从而列出关于(X,Y,Z)的误差方程式为:
-^[(/, +l9x)X+(l2 +/i〇Jt)y +(/j +/n*)Z+(/4 +J C)]
v，=
-^t(/5+ky)XHU+'i〇y)Y+(h+i,iy)ZHU+y)]
A
(8)
上述求解待定点坐标的解算过程也是迭代过程，迭代的 依据是物方空间坐标精度的1/10。
3实验研究与结果分析
3.1相机检校实验
数码相机是集光学、机械、电子于一体，同时能够进行影 像信息的存储、转换和传输等的现代高技术产品，其特点是实 时拍摄、存取模式数字化、与计算机交互[8]。相机镜头的畸变 包括径向畸变和偏心畸变和薄棱镜畸变等M。为了从被摄物 体的影像中提取几何信息，需要建立像点与对应的物方点之
间的位置关系，而这种关系中的几何模型参数需要通过实验 确定，这个过程就叫做相机检校[1°]。为保证成果质量满足精 度要求，所以对于非量测数码相机的检校就成为了一项重要 工作本文所选用的相机是佳能5D-Mark-m相机，其属 于单反数码相机，作为一款非量测的数码相机，在拍摄的时 候可固定焦距，有效像素2230万，其像素分辨率最高可达到 5760x3840。
本文相机检校是在武汉大学遥感信息工程学院的室内 三维控制场进行的。通过对控制场左右像对的摄取，再对 像点进行量取，然后通过程序进行解算，为了提高检校精 度，本次检校进行了三组实验，求出的内方位元素及ds、dp 的值为：
表1相机检校参数(单位:mm)
参数第一组第二组第三组
«)-0.0063-0.0059-0.0154
0.04390.01360.1263
/28.734528.745628.S623
ds0.00029380.0001456-0.0002358
dfi0.00018560.00030250.0003SS1
k\•3.426I8C-004-3.42655e-004-3.42673e-004
h 2.86306c*008 2.86343e*0082M25Se-m
Pi 4.ISS74e^N)S 4.IS6O3e-O0S 4.ISSO2e-O0S
Pi-1.23765e-005-1.23712e-005-1.23778e^05
表2相机检校精度(单位:mm)
%精度0.003320.001 S60.00086
3.2基坑变形监测现场试验
为了验证带有制约条件的DLT算法的可靠性，将进行过 高精度检校过的相机用在合肥市轨道交通4号线潜口路站基 坑监测上。在基坑的冠梁上以及基坑内壁布设了十个控制点 以及六个检核点。通过对基坑进行左右像对的摄取，这里需 要注意的是相机镜头的固定，不能进行调焦[12]。将解算出来的 检核点坐标与通过光束法平差解算出来的坐标进行中误差比 较，比较结果如下表所示：
chinese男同志movies青年表3两种求解方法物方坐标中误差对比
单位/m m m r mv m-
改进的DLT 2.10.7 1.5
自检校光束法 2.30.6 1.7
表4不同方法解算的相机参数
算法类S D LT约束DLT自检校光束法x〇•0.0124-0.0057-0.0067
0.13320.04500.0508
f27.833628.756528.7551
k\•4.56214e-004-3.42618c^)04-2.35895e^)04
k l.3S261e-008 2.86306e-008 1.9S623e^)08
Pi 3.032 IS e-O O S 4.l5574e-005 3.4136Se4WS
Pi-2.26534c-005-1.23765c-005-l.S6S21e^0S 从表1和表2可以看出，相机检校的精度较高，是可以 用于后续的变形监测实验中的，从表3、表4中的数据可以 看出带有制约条件的D LT算法是可以达到光束法平差法的 精度的。
从而得出结论是本文所介绍的带有制约条件的D L T算 法是正确可行的，并且在克服1解不唯一的情况下提高了内 方位元素的求解精度，从而在后续的数据处理中，实际物方 点位坐标解算精度也得到了提高，可以用于实际的变形监测 项目中。
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2018年第5期 信息通信2018
静电场复习(总第 185 期）INFORMATION&COMMUNICATIONS(Sum.N o 185)
CMD跨局数据回传研究
朱乾鎏，王超，刘波，赵超
(株洲中车时代电气股份有限公司数据与智能技术中心，湖南株洲412001)
摘要：跨局数据回传是机务段掌握在外段整备的机车信息，进行数据解析、状态监测、故障诊断等工作的前提。针对外段 机车数据回传问题，设计了三种数据回传方案，对方案优缺点进行了分析。并基于不同的应用条件，给出了对应的建议 方案。
关键词：无线局域网；离线数据；数据回传;Rsync算法
中图分类号:TP311.5 文献标识码:A文章编号=1673-1131(2018)05-0006-03
D esign o f C M D offline data ground w ireless dum p system and cross depot data transm ission
Zhu Qianliu,Wang Chao,Liu Bo,Zhao Chao
(Data and Intelligence R&D center,Zhuzhou CRRC Times Electric Co.,Ltd,Zhuzhou,Hunan412001) Abstract:Cross-Bureau data return is the prerequisite for locomotive depot to master the information
of t he Locomotives in the external depot,and to perform data analysis,condition monitoring and fault diagnosis.Three kinds of data return schemes are designed for the external locomotive data return,and the advantages and disadvantages of the scheme are analyzed.According to the different application conditions,the corresponding proposed schemes are given.
Key words:WLAN;offline data;data return;Rsync algorithm
i概述
近年来，随着铁路行业改革的不断深化，推进机务信息化、提高运营效率已成为各个运输单位重中之重的工作。中国机 车远程监测与诊断系统(以下简称“CMD系统”)是机务信息化 的核心系统M。作为中国铁路总公司四大机务应用系统之一，它能够实现机车安全信息、机车状态信息和机车监测信息的 采集、传输、地面诊断分析'
CM D系统由车载子系统、数据传输子系统和地面综合 应用子系统组成[2]。其中，数据传输子系统主要的功能是将 车载实时和离线数据分别依托3G/4G、W LAN、北斗等通道 向铁路总公司各级运输单位进行传输。目前，离线数据经 W L A N网络向地面传输在各机务段整备场已开始大面积应 用，而各路局机务段之间的数据回传工作还处于试验研究
在日常的运用工作中，机车进入非配属段的整备场进行 整备作业是非常常见的。对于这类在外段进行整备的机车，本段技术人员同样需要及时了解该车的状态，对机车故障及 时进行分析和处理。因此，有必要通过数据回传传输通道，将 本段机车在外段整备场通过W LAN转储的数据(包括LDP记 录数据、6A数据文件)回传到其配属段。
如图1所示，机车在整备场完成W LAN数据转储后，部 署在W L A N转储文件服务器上的数据回传软件通过解析 W LA N转储数据文件名，对机车所属局段进行判断。如果为 外段机车，则将W LA N转储数据上传至机务段的数据回传 服务器指定的文件夹中。如果为本段机车，则无须进行上传, 直接被部署在应用服务器上的数据解析软件调用进行解析。机务段的数据回传服务器接收到上传的外段机车W LAN转
阶段。
2跨局数据回传总体设计储数据后，以局段号为条件，查外段数据回传服务器的信 息并向其主动发起连接请求，将W LAN转储数据回传至外
四君子汤加减参考文献：
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作者简介：汪天伟（1992-)，男，安徽桐城人，在读硕士研究生,
研究方向为数字摄影测量理论研究与应用；吴兆福（1972-),
男，副教授，博士，从事测绘科研和教学工作。
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