(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210854053.4 (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 湖南北斗微芯产业发展 有限公司 地址 410000 湖南省长 沙市长沙高新开发 区尖山路217号 微芯科技园1栋1913房 (72)发明人 甘雨　赵星宇　杨世忠　欧高亮　 (74)专利代理 机构 广州嘉权专利商标事务所有 限公司 4 4205 专利代理师 王浩 (51)Int.Cl. G01S 19/48(2010.01) G06T 7/73(2017.01) (54)发明名称 基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监 测方法及系统 (57)摘要 本申请实施例公开了一种基于北斗和计算 机视觉的区域表面位移监测方法及系统， 通过北 斗对北斗接收机集成的第一靶 标进行定位测量， 通过相机对第一靶标进行拍摄， 计算获得相机的 位姿， 同时相机拍摄未与北斗接收机集成的第三 靶标， 计算第三靶标的坐标。 本方法解决了现有 表面位移监测方法中， 北斗卫星定位的表面位移 监测技术在卫星信号弱的场景下的无法精确定 位的问题， 能够对地质灾害的发生提供预警， 避 免人员伤亡和财产损失， 还能够修正因相机和第 一靶标本身的位姿变化带来的系统性 误差影响。 权利要求书3页 说明书13页 附图4页 CN 115236716 A 2022.10.25 CN 115236716 A 1.一种基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法， 其特征在于， 适用于监测区 域中的监测点的表 面位移监测， 其中， 所述监测区域内设置第一级监测点、 第二级监测点和 第三级监测点， 所述第一级监测点的数量至少为三个且每一个所述第一级监测点均设置有 集成一个第一靶标的接 收机， 所述第三级监测 点设置有第三靶标， 所述第二级监测 点设置 有相机且所述相机的视场覆盖所有所述第一靶标和所述第三靶标； 所述方法包括： 获取所有所述接收机接收的北斗定位信号， 根据所有所述北斗定位信号， 计算每一个 所述第一靶标的第一 三维坐标； 获取所述相机拍摄的图像， 根据所述图像计算每一个所述第 一靶标和所述第 三靶标在 图像坐标系中的二维坐标； 并根据所有所述第一三维坐标和所有 所述第一靶标在图像坐标 系中的二维坐标， 计算所述相机的第二 三维坐标； 根据所述第 一靶标的第 一三维坐标、 所述第 一靶标在图像坐标系中的二维坐标和所述 第三靶标在图像坐标系中的二维坐标， 计算所述第三靶标的第三 三维坐标； 根据前后两次测量的所述第一三维坐标、 所述第二三维坐标和所述第三三维坐标， 计 算所有所述第一级监测点、 所述第二级监测点和所述第三级监测点的表面 位移变化 量。 2.根据权利要求1所述的基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法， 其特征在 于， 所述获取所有 所述接收机接收的北斗定位信号， 根据所有 所述北斗定位信号， 计算每一 个所述第一靶标的第一 三维坐标， 包括： 获取所述接收机接收的覆盖所述监测区域的北斗连续运行参考站网络播发的参考坐 标和差分数据； 根据所述参考坐标和所述差分数据进行基线解算， 得到所述接收机的天线的三维坐 标； 根据每一个所述接收机的天线和对应所述第 一靶标的坐标关系， 分别计算得到每一个 所述第一靶标在CGCS20 00大地坐标系中的第一 三维坐标。 3.根据权利要求2所述的基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法， 其特征在 于， 所述根据所有所述第一三维坐标和所有所述第一靶标在图像坐标系中的二维坐标， 计 算所述相机的第二 三维坐标， 包括： 根据所述图像建立图像坐标系； 根据每一个所述第 一靶标和所述第 三靶标在所述图像上的成像点， 计算每一个所述第 一靶标和所述第三靶标在所述图像坐标系上的二维坐标。 4.根据权利要求3所述的基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法， 其特征在 于， 所述第一级监测点的数量 为三个。 5.根据权利要求4所述的基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法， 其特征在 于， 所述根据所有所述第一三维坐标和所有所述第一靶标在图像坐标系中的二维坐标， 计 算所述相机的第二 三维坐标， 包括： 令所述相机在所述CGCS2000大地坐标系中的第二三维坐标为c＝[XO,YO,ZO]； 令第1个 所述第一靶标的第一三维坐 标为[XA,YA,ZA]， 第2个所述第一靶标的第一三维坐 标为[XB,YB, ZB]， 第3个所述第一靶标的第一 三维坐标为[XC,YC,ZC]； 根据[XA,YA,ZA],[XB,YB,ZB],[XC,YC,ZC]， 计算得到：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115236716 A 2其中， 表示[XA,YA,ZA]与[XB,YB,ZB]之间直线距离的平方； 表示[XB,YB,ZB]与[XC, YC,ZC]之间直线距离的平方； 表示[XC,YC,ZC]与[XA,YA,ZA]之间直线距离的平方； xA表示 [XA,YA,ZA]与[XO,YO,ZO]之间的直线距离； xB表示[XB,YB,ZB]与[XO,YO,ZO]之间的直线距离； xC 表示[XC,YC,ZC]与[XO,YO,ZO]之间的直线距离； cosθAB表示角 θAB的余弦值； cosθBC表示角 θBC的 余弦值； cosθCA表示角 θCA的余弦值； 角 θAB表示[XA,YA,ZA]、 [XB,YB,ZB]分别与[XO,YO,ZO]连线 的夹角； 角 θBC表示[XB,YB,ZB]、 [XC,YC,ZC]分别与[XO,YO,ZO]连线的夹角； 角 θCA表示[XC,YC, ZC]、 [XA,YA,ZA]分别与[XO,YO,ZO]连线的夹角； 根据吴消元法求 解 得到如下 方程组： 其中， ai为多项式f(xA)的系数， bi为多项式f(xB)的系数， ci为多项式f(xC)的系数； 求解方程组， 得到 c＝[XO,YO,ZO]的数值。 6.根据权利要求5所述的基于北斗和计算机视觉的区域表面位移监测方法， 其特征在 于， 所述根据所述第一靶标的第一三维坐标、 所述第一靶标在图像坐标系中的二维坐标和 所述第三靶标在图像坐标系中的二维坐标， 计算所述第三靶标的第三 三维坐标， 包括： 令所述第三靶标在所述CGCS2000大地坐标系中的第三三维坐标为 并且根据所述第一靶标的第一三 维坐标、 所述第一靶标在图像坐标系中的二 维坐标和所述 第三靶标在图像坐标系中的二维坐标， 构建如下三个公式： 其中， Ti表示所述第三靶标的靶标中心； 表示 与[XO,YO,ZO]之间的直线 距离； 角 表示[XA,YA,ZA]、 分别与[XO,YO,ZO]连线的夹角； 角 表示[XB,YB, ZB]、 与[XO,YO,ZO]分别连线的夹角； 角 表示[XC,YC,ZC]、 分别与 [XO,YO,ZO]连线的夹角；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115236716 A 3