本发明属于测量，涉及一种激光传感定位与计算机视觉结合的混凝土面高程测量方法。
背景技术：
1、随着先进制造业、现代物流业的发展，“黑灯工厂”、“无人工厂”等一系列新型厂房和生产车间不断涌现，大面积的混凝土地下室底板、现浇混凝土楼面工程和超平厂房地坪工程对施工完成面标高以及平整度的全面检测和及时反馈，都提出了很高的要求。《混凝土结构工程施工质量验收规范(gb50204-2015)》、《建筑地面工程施工质量验收规范(gb50209-2010)》等规范都规定了混凝土面验收需要达到的标准。
2、对于建筑平面或立面的平整度检测，传统的测量方法一般是用2m靠尺结合楔形塞尺，通过测量靠尺与混凝土面层间缝隙宽度的方式实现；另一种方法是在施工完成面上使用水平仪、激光发射器加标定杆系统等仪器开展混凝土施工完成面的标高测量。目前这两类检测方法有如下不足：1)、测量精度不足，测量仪器本身存在误差，加上实际使用过程人工操作引起的误差，混凝土完成面测量误差较大；2)、测点密度低，传统测量方法为人工单点测量，所能测量范围和测点数量有限；3)、测量效率低且耗时耗力，人工测量的效率难以保证，往往需要多人配合才能完成测量，且时间和人力成本随着测量面积增加而成倍增大。
3、近年来随着测量技术的进步，激光扫描、计算机视觉等新技术也被引入混凝土施工面的测量：
4、(1)三维激光扫描：三维激光扫描技术是一种非接触式立体扫描技术，仪器发射激光束到物体表面并接收反射回来的信号，结合激光传播时间和发射角度计算物体空间坐标，通过改变激光发射方向可以采集各个方向物体表面密集的三维点位信息，进而容易重建高程曲面。此方法测量精度高、效率高，但设备成本高昂，难以在工程中大量推广应用。
5、(2)计算机视觉：计算机视觉是对于生物视觉的一种模拟，采集的图片经过特定算法分析能够得出用户需要的特定信息，采用计算机代替人眼对目标进行检测具有快速、准确、定量化的优势。基于相机投影变换原理，双目相机可以为空间中的一点提供四个约束方程，采用最小二乘法逆向求解点的空间坐标，获得足够数量的点实现高程重建。然而视觉测量方法的精度受限于算法准确性，且单次测量范围有限，多次测量拼接过程中也会产生累积误差。
6、在混凝土施工完成面测量中，仓储物流类厂房面积庞大，混凝土施工包含浇筑、抹平、打磨等多道工序，所以施工检测具有大面积多工序多次测量的需求；其次，厂房中运行的无人小车对地面平整度的感知更灵敏，这类地面平整度要求也比一般地面更高，相应地也对检测技术的准确性提出了更高要求；最后，为了测量方法能大规模推广应用，需要控制设备和实施的成本。综上，当前的混凝土面高程测量方法在上述需求中均存在一定的局限。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，解决传统方法在混凝土高程、平整度测量中测点密度低、测量效率低、耗时耗力的问题，解决单一的三维激光扫描仪设备成本高昂、单一的计算机视觉技术测量范围和精度有限的问题，提供一种激光传感定位与计算机视觉结合的混凝土面高程测量方法。
2、为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：
3、一种激光传感定位与计算机视觉结合的混凝土面高程测量方法，包括如下步骤：
4、s1、组装测量装置：
5、测量装置包括至少一个激光位移传感器、处于激光位移传感器两侧的至少一对摄像机、处于激光位移传感器同一高度的至少三个激光接收器、至少一个激光发射器；所述激光位移传感器、激光接收器均设置在支架上，与激光接收器相对应的激光发射器设置在待测混凝土面以外稳定地面上，至少三个激光接收器不处于同一直线上；至少一个激光发射器和至少三个激光接收器相配合以确定至少三个激光接收器所在的支架在任何一个测量点(也即是下文中的站点)时为水平状态；
6、一对摄像机与计算机相配合形成双目相机系统；
7、所述摄像机均设置在支架上且布置为朝向混凝土地面，至少一对摄像机所拍摄的混凝土地面区域形成相交区域，至少一个激光位移传感器设置在相交区域内，处于相交区域内的激光位移传感器发射的激光始终处于竖直方向；
8、s2、开始测量前对双目相机系统进行标定，使用黑白棋盘形标定板在待测高程的混凝土面附近摆放十几种不同方向不同角度的姿态，使用双目相机系统同步采集每种姿态下的标定板图像，需要保证其中一种姿态的标定板平行于水平面；
9、s3、使用张正友标定法分别求解左相机的坐标转换矩阵pl和右相机的坐标转换矩阵pr：
10、
11、
12、
13、式中：sl、sr分别为左、右相机的比例系数；ml、mr分别为目标点在左、右相机像素坐标系下的齐次坐标；m为目标点在空间坐标系下的齐次坐标；
14、s4、清理待测混凝土施工完成面上的施工器具和其他干扰物，将测量装置布置在待测区域起始点位置，记为初始站点s1；
15、s5、通过测量装置采集初始站点s1的高程、图像数据；
16、s501、激光发射器发射激光，调整支架的高度使得至少三个激光接收器能接收到激光发射器所发射的激光，并获得测量装置相对于基准地面的高差h；
17、s502、激光位移传感器发射激光至混凝土表面进行距离测量，记为d1，激光斑点所在位置的水平坐标记为(0，0)；
18、s503、在激光位移传感器发射激光的同时，双目相机同步拍下包含混凝土表面的激光斑点的图像；
19、s504、此站点的混凝土地面上激光位移传感器的激光斑点高程为z1＝h-d1；
20、s6、测量装置采集后续站点si高程、图像数据；
21、s601、将测量装置在水平地面上移动合适距离至b下一站点si，需要保证si和si-1站点拍摄图像之间有一定的重合区域，激光发射器发射激光，调整支架的高度使得至少三个激光接收器能接收到激光发射器所发射的激光，并获得测量装置相对于基准地面的高差h；
22、s602、激光位移传感器发射激光至混凝土表面进行距离测量，记为di，激光斑点所在位置的水平坐标记为(xi，yi)；
23、s603、在激光位移传感器发射激光的同时，双目相机同步拍下包含混凝土表面的激光斑点的图像；
24、s604、此站点的混凝土地面上激光位移传感器的激光斑点高程为zi＝h-di；
25、s605、重复步骤直至完成所有站点数据采集；
26、s7、基于每一个站点激光斑点的平面位置坐标(xi，yi)和高程zi，构建网格边长为b的粗网格控制点精密高程地图；
27、s8、站点si图像数据三维重建
28、s801、使用sift算法对站点si采集的双目图像进行特征点匹配，获得左图像中的点集p和右图像中的点集q，左、右图像点集中的点一一对应，即同一下标对应空间中的同一点：
29、p＝{p1,p2,...,pn}
30、q＝{q1,q2,...,qn}
31、s802、取点集p、q中的一对对应点pj(ul，vl)和qj(ur，vr)，代入三维坐标重建公式：
32、
33、ml＝[ul vl 1]t
34、mr＝[ur vr 1]t
35、m＝[x y z 1]t
36、整理得：
37、
38、即：
39、ax＝b
40、使用最小二乘法求解上式得：
41、[x y z]t＝x＝(ata)-1atb
42、此坐标即为与pj、qj对应的空间点rj(xi，yi，zi)的坐标，站点si所得的所有特征点对都按上述步骤计算三维空间坐标，得到空间三维点集r：
43、r＝{r1,r2,...,rn}
44、s803、对所有站点均完成空间三维点集构建，获得各站点点集r1，r2，…，rn；
45、s9、以站点si的激光斑点在步骤s7中的坐标(xi，yi，zi)作为基准，选取点集ri中重建所得的激光斑点(xi，yi，zi)，平移点集ri使(xi，yi，zi)与(xi，yi，zi)对齐，完成单一站点点云数据配准；
46、s10、在相邻站点点集ri和ri-1中各选取至少一个公共点，将两站之间的公共点对齐，完成不同站点点云数据拼接，获得测量区域完整的密集点云模型；
47、s11、设置精细网格边长为a(a<b)，将所测混凝土面划分为num个网格，假设第j个网格内的共m个点的高程构成集合wj＝{zj1,zj2,…,zjm}，则网格高程取为区域内所有点高程的平均值：
48、
49、s12、计算所测混凝土面所有网格高程，构成混凝土面高程集合：
50、
51、本发明提供一种激光传感定位与计算机视觉结合的混凝土面高程测量方法，综合激光测量与计算机视觉测量的优势，以激光测量为基准，视觉测量作为补充，实现大面积混凝土面的高效精确测量，与传统的混凝土面高程测量方法相比，具有以下优点：
52、(1)、相比于传统的人工检测方法，克服了靠尺、激光标高系统单点测量效率低，耗费时间和人力，以及可能引入测量仪器和人工操作误差的不足；
53、(2)、相比于单一的三维激光扫描仪，极大节省了设备成本，便于在实际工程中推广应用；相比于单一的计算机视觉检测方法，既扩大了检测范围，又有效降低了数据拼接可能带来的累积误差；
54、(3)、综合激光测量与视觉测量的优势，以激光测量作为基准，视觉测量作为补充，可实现大面积混凝土面的高效精确测量；
55、(4)、考虑施工场地环境复杂，可能存在墙、柱、施工器械等干扰物的情况，所提出的测量装置(架子可以移动，则整体可以自由移动)可以自由移动，满足设备灵活布置的需求。
1.一种激光传感定位与计算机视觉结合的混凝土面高程测量方法，其特征在于：所述混凝土面高程测量方法包括如下步骤：
