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数字近景摄影测量多样本容量基坑变形监测方法研究

梅健  
【摘要】:我国城市人口密度的增加和城市化进程的加快,带动了基坑工程的蓬勃发展。由于岩土工程自身的复杂性,现有基坑工程相关理论及数值计算方法尚不能完全反应基坑支护结构、主体结构及周边建(构)筑物的变形情况,而基坑施工过程中往往由于无法及时了解基坑变形状况,从而导致基坑事故的发生,造成重大经济损失。因此,基坑变形监测在基坑施工过程中扮演着极其重要的角色,通过及时获取基坑监测数据并进行分析,不仅能检验设计预期,而且能全面掌握基坑健康现状,对于指导基坑施工及保证基坑安全具有重要意义。目前基坑正朝着“大、深、紧、近、难、险”的方向发展,周边地质条件及荷载状况往往较为复杂且局部超载现象较为严重,而以传统测量方式为主的基坑监测手段多为离散点式监测,测点间距较大且测点数量有限,造成监测样本容量过小,难以及时感知无测点区域的基坑变形状况,存在监测盲区。因此,基坑施工过程中,实现基坑的多样本容量(多测点、多测区)监测对于及时了解基坑健康状况意义重大。本文以数字近景摄影测量为基础,系统研究了相机标定过程中影响标定精度的外界因素及标志点像点坐标量测过程中的亚像素定位方法;采用三种三维坐标解析处理方法及影像拼接方法以实现多样本容量基坑变形监测;采用方差补偿自适应卡尔曼滤波算法对基坑动态变形监测数据进行处理;通过测量精度试验及现场试验对多样本容量基坑变形监测构想进行了实际检验。论文主要内容包括以下几个方面:(1)通过室内试验分析了图片数量、光照强度及棋盘格尺寸三个外界影响因素对相机测前标定精度影响的基础上确定了相机标定过程中靶标的最佳视场范围,并详细阐述了多样本容量基坑变形监测方案的设计方法。(2)基于数字图像处理技术及亚像素定位技术实现对顶角标志点的亚像素级边缘定位,在此基础上通过直线拟合求交点确定标志点的亚像素像点坐标;采用简易匹配法进行立体像对中左、右像点的同名点匹配,实现标志点像点坐标的快速量测。(3)采用DLT法、后方—前方交会法、相对定向—绝对定向法以及影像拼接四种方法解决基坑在监测过程中,控制点与监测点不在同—测区内的问题,并在此基础上通过测量精度分析试验对四种方法的测量精度进行检验。(4)采用方差补偿自适应卡尔曼滤波算法对基坑变形监测数据进行滤波和预测,并以某基坑工程实例对比分析经典卡尔曼滤波算法与方差补偿自适应卡尔曼滤波算法在动态数据处理中的实际应用效果,从而证明将方差补偿自适应卡尔曼滤波算法应用于基坑变形监测数据处理的合理性。(5)通过现场试验验证将数字近景摄影测量应用于基坑现场以实现多样本容量变形监测的可行性与合理性。


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