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龙图腾网获悉中国科学院地理科学与资源研究所申请的专利卵石床面水下三维地形的测量方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116608830B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-09发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310525394.1，技术领域涉及：G01C7/02；该发明授权卵石床面水下三维地形的测量方法是由张晨笛;孙傲然设计研发完成，并于2023-05-11向国家知识产权局提交的专利申请。

本卵石床面水下三维地形的测量方法在说明书摘要公布了：本公开提供的卵石床面水下三维地形的测量方法，包括：搭建用于获取卵石床面的水下图像序列的图像采集平台；布置控制点并测量其坐标；确定相机高度和相机移动空间间隔；逐横断面对目标区域进行拍摄，获得卵石床面的水下图像序列；基于运动恢复结构方法对图像序列进行空间计算，获得初始加密三维点云和数字正射影像；建立水面模型并计算栅格化点云的初始水深，对栅格化点云各点的初始水深进行折射校正，最后计算校正后床面高程并基于水深对床面高程进行二次校正，获得目标卵石床面的水下三维地形。本公开适用于基于摄影测量的卵石床面水下三维地形直接连续测量，空间分辨率和精度高，且成本较低、布置简单，也不会对观测对象产生干扰。

本发明授权卵石床面水下三维地形的测量方法在权利要求书中公布了：1.一种卵石床面水下三维地形的测量方法，其特征在于，包括： 1搭建用于获取卵石床面的水下图像序列的图像采集平台，所述图像采集平台包括相机，所述水下图像序列中含有多张卵石床面的水下图像； 2布置和测量控制点，获取控制点的空间坐标 所述控制点布设在目标区域水面的两侧，包括上表面绘有规则几何图案且坡度保持水平的平板，所述几何图案具有明确的中心点位置，将该中心点位置定义为控制点的坐标，要求每张卵石床面的水下图像中最少能拍到2个所述控制点； 利用测量设备测量所述控制点的坐标，将所述测量设备的位置定义为原点，规定顺水流的水平方向或者沿目标区域水面的长度方向为X轴方向，与X轴垂直的水平方向为Y轴方向，垂直XY平面的方向为Z轴方向； 3确定相机的高度和相机移动的空间间隔 3-1确定相机的高度 使相机的感光元件的长度方向沿Y轴方向、宽度方向沿X轴方向布置，然后使相机处于某一设计距床面高度H，再根据相机的感光元件尺寸、相机焦距和该某一设计高度H计算每张卵石床面的水下图像覆盖的实际空间尺寸，计算公式如下： 其中，L和W分别为单张卵石床面的水下图像长度方向和宽度方向对应的实际空间尺寸，lc和wc分别为相机感光元件的长度和宽度，h为像距，f为焦距； 若相机处于设计高度H拍摄的图像同时满足以下三个要求：①满足测量结果的空间分辨率要求，②目标区域的水面宽度与其所在单张卵石床面的水下图像的长度之比不应超过第一阈值，③每个控制点的中心点清晰可见；则确定相机的高度为H，否则，调整相机的高度，直至同时满足上述三个要求；所述测量结果的空间分辨率Res按照下式计算得到： 其中，lp为单张相机图像长度方向的像素数量； 3-2确定相机移动的空间间隔 根据X轴和Y轴方向相邻图像的重叠面积不低于第二阈值，分别确定相机沿X轴方向移动的空间间隔LX和沿Y轴方向移动的空间间隔LY； 4基于步骤3确定的参数通过图像采集平台对目标区域水面逐横断面进行拍摄，获得卵石床面的水下图像序列 拍摄过程中，首先将相机移动到目标区域水面最上游横断面附近；针对每个横断面测量，固定相机的焦距，且相机的镜头朝向与水面垂直，相机以固定间隔LY从横断面一侧向该横断面另一侧运动，每运动完一个固定间隔LY后使相机停下拍摄清晰图像，然后使相机运动下一个固定间隔LY，依次类推，直至拍摄完一个横断面，然后将相机沿X轴方向移动固定间距LX，开始测量下一个横断面，其中，相机开始拍摄的横断面位置X1及结束拍摄的横断面位置Xn应满足：X1≤Xmin，Xmax≤Xn，Xmin和Xmax分别为目标区域水面沿X轴方向的最小值和最大值，n为横断面个数； 将相机拍摄的全部图像组成卵石床面的水下图像序列； 5基于运动恢复结构方法对卵石床面的水下图像序列进行水下地形建模获得三维点云，利用控制点对所述三维点云进行空间数据配准，基于配准后的三维点云获得初始加密三维点云，并生成对应的数字正射影像； 6基于所述数字正射影像生成包含目标区域的水面模型，将所述初始加密三维点云中位于所述水面模型以下部分筛选出，得到位于水下区域的三维点云，对所述位于水下区域的三维点云进行折射校正，获得校正后的水下地形和初始水深； 7利用所述初始水深对校正后的水下地形再次修正，以此得到卵石床面的水下三维地形测量结果； 步骤6具体包括以下步骤： 在所述数字正射影像中，使用单点对水面边界点进行标定，并投影到初始加密三维点云，获取一系列水面边界点的空间坐标，基于水面边界点生成德劳内三角网格作为包含目标区域的水面模型；对所述初始加密三维点云进行栅格化处理，栅格的床面高程取值为栅格范围内包含的全部点云点的高程最大值，得到栅格化初始三维点云；计算所述栅格化初始三维点云到所述水面模型的距离，作为初始水深；将所述栅格化初始三维点云中初始水深小于0的三维点删除，得到位于水下区域的栅格点；对于每幅图像对应的相机位置，将根据运动恢复结构方法计算出的相机朝向角度以及相机的焦距和相机感光元件的尺寸计算该相机位置拍摄的图像对应的实际空间范围，落在该实际空间范围内的栅格点被认为对该相机位置可见； 对于每个筛选出的位于水下区域的栅格点，根据下式对其进行折射校正，获得校正后的水下地形和初始水深： da＝Zw-Za 其中，j代表位于水下区域的某一栅格点对第j个相机位置可见，rj为该第j个相机位置处相机光轴与水面之间的夹角，Xcj、Ycj分别为该第j个相机位置的X轴方向和Y轴方向坐标，Hwj为该第j个相机位置距水面模型的垂直距离，Xa、Ya、Za分别为该某一栅格点的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向坐标，da为该某一栅格点的初始水深，dj为依据第j个相机位置计算的该某一栅格点的校正水深，为图像范围包含该某一栅格点的全部图像对应的相机位置计算的平均校正水深，Zw为该某一栅格点水平位置对应的水面模型的高程，Zp为该某一栅格点校正后的床面高程，n1，n2分别为水与空气的折射率； 步骤6中，当将所述栅格化初始三维点云中初始水深小于0的三维点删除后得到的位于水下区域的栅格点中依然包含部分实际位于水面模型以上的栅格点，则还需生成水面边界点的空间拟合平面，计算所述栅格化初始三维点云到所述拟合平面的距离，利用此距离对水上三维点进行二次筛选，测试不同筛选阈值直到将位于水面模型以上的栅格点全部剔除，从而最终得到位于水下区域的栅格点；和或 当相机焦平面与水面平行时，采用下面的近似校正方法对筛选出的水下区域每一个栅格点的初始水深进行计算： Zp＝Zw-d； 步骤7具体包括： 对折射校正后的水下区域每一个点云栅格的床面高程Zp通过下式进一步校正，得到最终校正后的床面高程Zp'： ΔZ＝-0.0049d-0.0019 Zp'＝Zp-ΔZ 由所有栅格点的X轴方向坐标Xa、Y轴方向坐标Ya和最终校正后的床面高程Zp'构成卵石床面水下三维地形测量结果。

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