地鐵隧道相對變形的攝影測量方法
【專利摘要】一種地鐵隧道相對變形的攝影測量方法，包括步驟：1)制作和標(biāo)定活動控制系統(tǒng)，選取不在同一平面上的至少六個控制點；2)在地鐵隧道管片的被測區(qū)域內(nèi)選取至少三個待測點；3)活動控制架置于被測區(qū)域中，使用同一數(shù)碼相機拍攝至少兩個不同角度的包括所有控制點和待測點的照片；4)在下一被測區(qū)域重復(fù)步驟2)和3)，上一被測區(qū)域與下一被測區(qū)域應(yīng)包括不少于3個公共的待測點；5)獲取控制點和待測點的像平面坐標(biāo)；6)數(shù)據(jù)處理，求解各待測點在同一物空間坐標(biāo)系中的物空間坐標(biāo)，并算得各待測點對于所選基準(zhǔn)點的相對坐標(biāo)；7)獲得地鐵隧道相應(yīng)區(qū)域的相對變形量。本發(fā)明具有設(shè)備簡單、操作方便、測量精度高和結(jié)果穩(wěn)定的優(yōu)點，適用各類隧道相對變形的測量。
【專利說明】地鐵隧道相對變形的攝影測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種土木工程結(jié)構(gòu)健康檢測與監(jiān)測的方法，具體涉及一種地鐵隧道相對變形的攝影測量方法，屬于測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]城市地鐵隧道作為生命線工程的重要組成部分，其運營期間的安全問題日益受到關(guān)注。由于地基變形、內(nèi)部應(yīng)力及外部荷載的變化，地鐵隧道在運營期間會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，包括沉降、位移、斷面收斂等。如果結(jié)構(gòu)變形過大，就會造成襯砌裂損、落石、滲漏水等一系列事故或災(zāi)害，有時隧道沉降還會造成地鐵軌道不平整，影響到乘坐的舒適性甚至行車安全。對地鐵隧道運營期間的變形進(jìn)行監(jiān)測，目的是為了隨時掌握隧道本身及其周圍環(huán)境影響引起的變形情況，及時采取措施阻止繼續(xù)變形，保證隧道結(jié)構(gòu)和地鐵運營安全。
[0003]目前已應(yīng)用的地鐵隧道自動監(jiān)測設(shè)備和技術(shù)主要有電子水平尺、巴賽特收斂系統(tǒng)、全站儀、光纖傳感系統(tǒng)等。電子水平尺用于測量水平偏差，使用時可以單支安裝，也可以將多支首尾相連在待測區(qū)段內(nèi)展開，形成尺鏈。巴賽特收斂系統(tǒng)是將多個由長短臂組成的桿件單元首尾互相鉸接安裝在隧道待測橫斷面四周，形成測量環(huán)，通過感知長短臂的相互角度變化來測量隧道斷面的收斂。全站儀是通過觀測2個以上的后視點反算出儀器中心的坐標(biāo)，并根據(jù)待測目標(biāo)點與儀器中心的距離、角度等一系列信息求出其在同一坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，從而得到目標(biāo)點在不同時期的位移。光纖傳感系統(tǒng)是利用光纖的傳光特性，將被測量轉(zhuǎn)化為信號光的波長、頻率、相位等光學(xué)性質(zhì)的改變，通過感知這些光學(xué)性質(zhì)的變化來得到結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變等信息。但是這些監(jiān)測方法在實際應(yīng)用中都各存在有缺點。電子水平尺、巴賽特收斂系統(tǒng)和光纖傳感系統(tǒng)都屬于接觸測量，傳感器安裝難度大，并且儀器的價格往往比較昂貴。全站儀屬于非接觸測量，能獲得被測點變形的三維信息，但是現(xiàn)場測量對環(huán)境條件要求高，觀測耗時較長。因而，現(xiàn)有隧道變形監(jiān)測技術(shù)主要存在的問題是，設(shè)備價格昂貴，變形測量時現(xiàn)場操作難度高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有隧道變形監(jiān)測技術(shù)的不足，提供一種用于地鐵隧道相對變形的攝影測量方法，針對隧道內(nèi)部沒有穩(wěn)定控制點的特點，根據(jù)攝影測量中的直接線性變換(Direct Linear Transform, DLT)算法,利用活動控制系統(tǒng),獲得隧道內(nèi)測點的相對變形，從而推斷包括隧道相對沉降、斷面收斂等不良健康狀況。
[0005]為了更好地表述本發(fā)明的技術(shù)方案，下面首先對本發(fā)明涉及的攝影測量中的直接線性變換算法理論作如下表述:
[0006]一、常用坐標(biāo)系說明
[0007]根據(jù)近景攝影測量理論，常用到如下兩種坐標(biāo)系統(tǒng)，請參閱圖1:
[0008]1、物空間坐標(biāo)系O-XYZ:用于描述地面點(所攝物體)在物方空間的位置，可根據(jù)需要來選定坐標(biāo)原點和三軸系方向。如某物點P的空間坐標(biāo)為(X，Y，Z)。[0009]2、像平面坐標(biāo)系o-xy:用于描述像點在像平面上的位置。攝影方向(即物鏡主光軸)與像平面的交點就是像平面坐標(biāo)系的原點O，稱為像片的像主點；攝影方向OZ與物鏡的交點為攝影中心S ;攝影中心S與像平面的距離f稱為像片的主距。如物點P (空間坐標(biāo)為X，Y，Z)在像平面上投影的像點P的坐標(biāo)為(X，y)。
[0010]二、直接線性變換解法
[0011]本發(fā)明所述的攝影測量方法采用攝影測量理論的直接線性變換算法，對物點(攝影的目標(biāo)點)在不同物空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(X，Y，Z)以及在像平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(x，y)進(jìn)行變換解算，其涉及下列關(guān)系方程式，這些關(guān)系方程式是本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員通過現(xiàn)有的直接線性變換算法理論和數(shù)學(xué)理論即能推導(dǎo)而得，屬于公知技術(shù)。
[0012]1、在某一物空間坐標(biāo)系O-XYZ中物點P的物空間坐標(biāo)與其像點P的像平面坐標(biāo)遵循下列關(guān)系:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種地鐵隧道相對變形的攝影測量方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)制作和標(biāo)定活動控制系統(tǒng):制作活動控制架，該活動控制架包括支架和若干人工標(biāo)志，在所述支架上選取控制點并在該控制點處貼上人工標(biāo)志，所述控制點的數(shù)量至少為六個且必須不在同一平面上，在所述活動控制架所在物方空間中任意選定坐標(biāo)系，通過常規(guī)測量手段測得所有控制點在該坐標(biāo)系的物空間坐標(biāo)； 2)選取待測點:在地鐵隧道管片的被測區(qū)域內(nèi)選取至少三個待測點，并且在該待測點處貼上人工標(biāo)志； 3)像片獲取:將活動控制架置于所述被測區(qū)域中，建立該被測區(qū)域的物空間坐標(biāo)系，使用同一數(shù)碼相機從至少兩個不同的角度分別對所述控制點和待測點各拍攝一張照片，構(gòu)成該被測區(qū)域的照片組，每一照片必須同時拍攝到所有控制點和待測點，拍攝不同照片時所述數(shù)碼相機的焦距必須一致； 4)連續(xù)測量:將所述活動控制架移動至下一被測區(qū)域，重復(fù)上述步驟2)和3)，上一被測區(qū)域的待測點與下一被測區(qū)域的待測點應(yīng)同時包括有不少于3個公共點，不同被測區(qū)域的拍攝應(yīng)使用同一數(shù)碼相機且焦距一致；根據(jù)需要，將所述活動控制架逐一移動至后續(xù)被測區(qū)域，在各后續(xù)被測區(qū)域內(nèi)重復(fù)步驟2)和3)； 5)獲取控制點和待測點的像平面坐標(biāo):通過計算機使用現(xiàn)有圖像處理技術(shù)的軟件對各被測區(qū)域的照片組進(jìn)行處理，獲得所有控制點的像點和待測點的像點在照片上的像平面坐標(biāo)； 6)數(shù)據(jù)處理:根據(jù)直接線性變換算法，求解各被測區(qū)域內(nèi)待測點在同一物空間坐標(biāo)系中的物空間坐標(biāo)， 并算得各待測點對于所選基準(zhǔn)點的相對坐標(biāo)，內(nèi)容包括: a、根據(jù)由步驟I)所得的所述被測區(qū)域所有控制點的物空間坐標(biāo)以及由步驟5)所得的控制點的像點的像平面坐標(biāo)，通過下列關(guān)系式解算出該被測區(qū)域物空間坐標(biāo)系的特性系數(shù):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地鐵隧道相對變形的攝影測量方法，其特征在于:所述的步驟7)為，獲得地鐵隧道的相對變形量:相隔一定時期后重復(fù)步驟3)至6)e，將兩次測量中步驟6) e所得的同一被測區(qū)域待測點的相對坐標(biāo)進(jìn)行對比，得到地鐵隧道該區(qū)域隨時間變化的相對變形量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的地鐵隧道相對變形的攝影測量方法，其特征在于:所述的活動控制架的支架由不在同一平面上的若干框架和將該若干框架固定連接起來的連接桿構(gòu)成，貼有人工標(biāo)志的控制點分布于各框架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的地鐵隧道相對變形的攝影測量方法，其特征在于:所述的人工標(biāo)志為反射片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的地鐵隧道相對變形的攝影測量方法，其特征在于:所述的步驟I)的常規(guī)測量手段是指，使用全站儀。
【文檔編號】G01B11/16GK103940364SQ201410184441
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日
【發(fā)明者】趙鳴, 喬東良, 陳振華 申請人:趙鳴, 喬東良, 陳振華