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《中国科学技术大学》 2011年
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建(构)筑物爆破倒塌过程的摄影测量分析

崔晓荣  
【摘要】:建(构)筑物爆破倒塌过程的摄影测量分析,是一个典型的交叉学科研究课题,牵涉到近景摄影测量、计算机视觉和拆除爆破3个学科领域,其主要意义在于首次将近景摄影测量分析方法系统地引入到工程爆破界,用“照相机”代替“人眼”(主要指图像采集和图像解析),用“电脑”代替“人脑”(主要指专业化的数据后处理),定量地剖析工程案例,从中总结经验教训、揭示力学机理,为后续爆破拆除工程的完美实施奠定厚实的理论基础。 本论文围绕对建(构)筑物爆破倒塌过程进行摄影测量分析这一目标,首先进行测试分析系统的理论体系设计,并通过数据流分析和程序结构设计进行细化;再通过上述分析系统,具体从运动过程分析、能量转化分析、爆堆形态分析和动力学分析等四个方面进行论述;最后基于工程案例分析中出现的问题和总结的经验教训,对原系统进行误差分析和优化设计,并对该研究方向进行总结和展望。本研究课题的主要研究内容包括: (1)基于工程背景,发现建(构)筑物爆破倒塌过程的摄影测量分析是工程爆破领域的三个主要研究方向(即理论分析、实验研究和科学模拟)的纽带,能够促进三者协调发展;其也是工程应用领域经验教训总结的好帮手,使单一的工程案例组合成PDCA循环系统,推动爆破技术的持续进步。为了实现对建(构)筑物爆破倒塌过程进行摄影测量分析这一目标,从摄影测量、计算机视觉和拆除爆破等三个领域进行调研分析,明晰论文的结构体系。 (2)根据非量测相机和爆破工程的特点,对各种摄影测量方法进行对比分析研究,以便从影像获取、影像处理、专业化的数据后处理三个方面具体分析该系统,建立建(构)筑物爆破倒塌过程的近景摄影测量分析方法的理论体系和操作步骤。 (3)以数据流分析与程序结构设计为切入点,对该近景摄影测量分析软件系统进行概念设计、模块设计和优化设计构思,促使其数字化和模块化。 (4)通过摄影测量分析系统,建立基于特征匹配的多刚体运动分析的数学模型,进行工程案例的运动学分析,即从记载建(构)筑物运动过程的二维图像(或图像对)中获得建(构)筑物在物空间的运动过程的数值描述。 (5)通过摄影测量分析系统,获得建(构)筑物爆破倒塌过程的能量转化和耗散情况,避开对复杂结构的繁杂的冲击动力学时程分析,从能量的角度分析结构塌落冲击解体情况和塌落冲击振动。 (6)通过摄影测量分析系统,对建(构)筑物爆破倒塌过程的爆堆形态进行系统的分析,包括空中运动姿态和塌落堆积过程这两个决定最终爆堆形态的关键因素。 (7)根据摄影测量获得的建(构)筑物爆破倒塌过程的运动学参数,用多体-离散体系统力学理论对爆破倒塌过程进行运动学和动力学分析。 (8)基于近几年来的工程案例的近景摄影测量分析实践中发现的问题,即摄影测量分析的误差控制问题,从相机检校和图像匹配两方面进行研究,控制图像采集和图像处理过程中产生的初始赋值误差、摄影过程的定位误差和控制点的过程追踪误差,并对该测试分析系统进行优化和改进。
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