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普通数码相机在隧道变形监测中的应用研究

朱郭勤  
【摘要】:对于隧道工程而言,无论是其建设还是运营阶段,隧道结构体的安全性总是工程技术人员最关心的问题之一。隧道工程结构体的建造和使用过程中,由于受到各种外部或者内部因素的作用,其有可能发生变形从而给隧道的正常运营带来灾害。因此,对隧道进行变形监测有着非常重要的意义:及时掌握隧道的安全状况,及时发现问题,提早整治隧道病害,预防事故出现。 数字近景摄影测量技术用于土木工程结构体的变形观测一直是人们关注的方向。此方法设备简单,工作时不用接触测点,而且数据获取迅速,自动化程度高。在数字近景摄影测量新技术和普通数码相机分辨力不断提高的推动下,普通数码相机已经被越来越多的应用于近景摄影测量。鉴于传统的变形量测方法在隧道内作业时有很多不足,本文在总结前人研究成果的基础上将基于普通数码相机的数字近景摄影测量技术引入隧道的变形监测。研究基于非量测普通数码相机,在有限的狭小空间条件下,进行变形测量的可行性,并开发了相应的隧道变形监测系统。本文主要进行了以下几个方面的研究: (1)设计并建立室外三维控制场,本文的三维控制场建立在隧道出洞口,利用全站仪完全自由设站的方法获取控制场内控制标志点的坐标。 (2)利用室外三维控制场对本文所用的佳能60D数码相机进行检校,确定佳能60D数码相机的构像畸变系数及其内方位元素。在确定相机的畸变问题时采用k、p系数法(数学畸变模型),并给出了精度评定,结果表明:本文标定算法的单位权中误差达到了0.26像素。 (3)对近景摄影测量的坐标系做了深入的分析与研究,给出了隧道近景摄影测量工程独立坐标系的建立方法,有效地解决了后方交会模型中因外方位角元素的初始值过大而导致的不收敛问题,并在实际工程实验中得到了验证。 (4)对近景摄影测量的常用理论进行了研究,把后方交会前方交会交替迭代计算模型应用于工程实践,计算精度达到了lmm以下。 (5)给出了隧道裂缝量测的近景摄影测量新方法,这种方法非常适用于做裂缝变化的监测工作,通过工程实例证明其精度能够达到1mm以下,满足隧道变形监测中裂缝量测的要求。 (6)本文开发了基于普通数码相机的隧道变形监测系统CRP_DMS。


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