工程师论文普通数码相机在工程变形监测中的应用

来源：核心期刊咨询网时间：2016-01-21 17:3912

摘要：随着数字摄影测量技术的发展， 数码相机 分辨率的不断提高，人们开始考虑能否将普通数码相机应用于工程实践。本篇 水利论文 以某隧道断面的拱顶沉降监测为实例进行了探索性研究，将 普通数码相机 运用在 工程变形监测 中，获取精准数据，为工程中数码相机的

　　随着数字摄影测量技术的发展，数码相机分辨率的不断提高，人们开始考虑能否将普通数码相机应用于工程实践。本篇水利论文以某隧道断面的拱顶沉降监测为实例进行了探索性研究，将普通数码相机运用在工程变形监测中，获取精准数据，为工程中数码相机的运用提供借鉴。

　　推荐期刊：《水科学与工程技术》(双月刊)创刊于1977年，由河北省水利学会、水利部河北水利水电设计院主办。他从不同历史时期，不同的治水方针展示了我国水利界理论研究创新、工作思路创新、节水方针及水利水电工程建设取得的丰硕果实，是记载毛主席“一定要根治海河”及水利工程建设事业蓬勃发展的重要文献!

　　关键词：数字摄影测量;数码相机;变形位移;图像处理

　　在工程领域，变形监测能够直观地反应工程对象与研究对象的变形与破坏过程及其特征，例如隧道监测、基坑变形监测、边坡变形监测等，所观测的数据可以准确的反馈施工情况、及时对变形破坏进行预警预报、对室内的科学研究也有着重要的指导，是一项非常重要的工作。

　　传统的变形信息采集和量测方法大多是基于全站仪，水准仪，收敛计，GPS等设备，以人工现场接触测量为主，不仅现场的劳动强度大而且效率相对低下，难以和现代化施工的要求相匹配，因此研究采用非接触量测的方法来进行变形监测将具有重要的理论和实际意义。

　　近景摄影测量就是一种非接触测量，是摄影测量的一个分支，是在地面近距离对被测物体进行摄影和控制测量然后通过摄影测量理论和相关方法对所获得相片等资料进行内业处理，从而获取被测物体的形状、大小、状态、空间几何位置等信息。普通数码相机获取的数字影像具有成本低、分辨率高、数据采集简便、影像传输与处理快速等优点，解决了现场快速获取影像的问题，且降低了近景摄影测量作业对设备的要求。基于普通数码相机的位移测量方法以摄影测量理论为基础，以计算机数字图像处理技术为支撑。以基于普通数码相机的近景摄影测量在隧道变形监测中应用为例进行了探讨。

　　1普通数码相机近景摄影测量的原理

　　普通数码相机近景摄影测量是基于摄影测量技术理论，现场布设控制点和观测点，然后在现场采集相片后，结合图像扩展技术，对相片进行直方图修正，图像平滑，图像锐化，图像分割、二值化然后获取图像坐标，通过内方位元素，外方位元素，进行内定向和相对定向，从而完成框标坐标系、像方坐标系、物方坐标系的转换。

　　2数码摄影技术进行变形监测的方法

　　利用普通数码相机监测，最重要的是近景摄影测量技术运用到指定的物方空间坐标系中，必须设置控制点或者采用相对控制的方法。而且可以设置多余的控制点采用平差计算的方法来增强监测数据的精度，并检测数据的可靠性。因此，如何布置控制网是数码监测的最重要的一步。在变形监测中，因为无法找到固定的设站点，通常采用空间后方-前方交会法来进行测量，在现场监测中需拍摄两张或者两张像片以上，然后通过左右摄站来求解目标点的物方空间坐标。

　　3工程实例

　　为了验证利用普通数码相机进行隧道变形监测的可行性， 2011年在某正在建设中的高速公路隧道进行了现场监测对比试验，以本隧道某一断面拱顶下沉监测为例。

　　3.1数码相机的选取

　　本次试验采用最大像素分辨率为4000×3000的canon ixus 105型号数值相机进行位移观测。

　　3.2监测点标志的选取

　　测点标志是被监测的对象，在图像处理中，一个合适的监测点具有十分重要的意义。试验采用的监测点是3M车身反光贴，是反光膜中最先进反光材料。试验将反光贴制作成圆形标志，其直外部直径定为50 mm，以方便后续的图像处理。

　　3.3监测断面与测点的确定

　　在隧道监测中，一般选择变形位移大、危险的地段或者刚开挖的一个断面，在隧道K179+638里程上断面为监测断面，均匀的布置了7个目标点(见图1)。

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　　图1现场标志点分布效果

　　[FK)]

　　3.4控制网的确定

　　在所监测的断面一共布设了7个目标点(见图2)，在隧道内设站，利用全站仪，经过长期的观测2、3、5、6四个点几乎没有变形，所以选取这四个点作为已知的控制点，其坐标见表1，剩下的1、4、7三个点作为监测目标点。

　　3.5照明设备的确定

　　在隧道内本身光线黑，而且因为打钻、喷锚、放炮、出渣等原因，造成隧道里灰尘大，可视距离及其有限，仅用普通数码相机监测拍摄的像片不清晰，影响数据的精度。因此，在所布置监测点的断面处，放置碘钨灯改善照明效果，以获取更清晰的像片。

　　3.6试验拍摄像片

　　在隧道内停止施工后拍摄，时间选择2011年7月31日-8月1日，8月4日-8月7日。试验拍摄的像片所提取的像素坐标见表2。

　　3.7摄影测量数据处理

　　将各期的照片数据进行处理处理进行框标坐标系、像方坐标系、物方坐标系的转换，获得各期1，4，7点的物方坐标。将各期与前一期的Z坐标进行对比，即得到各点垂直方向的变形值。

　　其累计沉降曲线图见图3。

　　综上，摄影测量监测结果与现场水准仪监测结果对比，数据误差都在2 mm范围之内，满足了围岩收敛变形的监测要求，证明普通数码相机进行隧道变形监测的方法是可行的。

　　4总结

　　利用普通数码相机监测所获取的数据，与常规监控量测方法所得数据相比，误差在20 mm之内，验证了普通数码相机摄影测量技术在隧道变形监测中的应用，从而检验了该监测方案的可行性，因此研究利用普通数码相机进行近景摄影测量的方法来进行变形监测将具有重要的理论和实际意义。

　　参考文献：

　　[1]王艳慧.蒋捷.近景技术与机器视觉-ISPRS第五技术委员会的成果与研究方向[J].测绘通报，2002(2)：6667.

　　[2]李德仁.郑肇葆.解析摄影测量学洲[M].北京：测绘出版社，1992.

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