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平硐摄影成像测量系统的研究

郭强  
【摘要】: 岩体中存在很多诸如节理、断层、软弱面、层面等不连续面,是决定岩土工程稳定性的重要因素。平硐勘察是工程地质勘察中一个重要的手段。对平硐基础资料的收集和处理方法直接关系到勘察结果的优劣,所以,需要通过不断探索更新、更好的数据测量、数据收集和处理方法从而准确、全面、快捷、方便地记录实际地质情况。本文重点研究了一种新的适用于平硐勘察的摄影测量方法,研制出了专门的设备并开发了相应的采集、建模和数据分析配套软件,主要的成果及创新点如下: (1)将摄影测量应用到平硐勘察中代替传统方法,提出了一种新的适用于平硐勘察的近景摄影测量方法,这种方法与传统纯光学近景摄影测量方法相似,但是有着很大的区别。相对于传统的相对测量,该方法能够提供更详细的数据,测量过程更简便,而且资料精度有望在更大程度上得到提高。论文中采用位移编码器和三维罗盘联合定位的方法计算测量点的坐标,避免了传统摄影测量中应用控制点迭代反演的繁琐步骤和计算中的不收敛情况。 (2)根据该方法的原理研制了相应的设备—平硐摄影成像测量系统。该系统主要部分包括摄像头、罗盘和位移编码器。通过这3个主要部分来采集测量点的位移、方位和对应的扫描图像,根据这些数据结合硐室结构面参数可以计算出各个点的三维坐标。 (3)根据多次试验得出了设备各部件的最佳设计和运行参数,试验结果表明在该状态下设备运行平稳,不易出错,而且采集效率最高。在该基础上开发了相应的控制软件HAquisit.exe,通过软件来设置设备运行参数,控制数据的采集、传输和保存,并在出现错误时做出相应处理。针对采集数据的特点,采用多种思路和数学计算方法识别和处理硬件本身引起的错误数据,同时对数据误差提出了校正的方法并开发了相应的软件。数据采集采用位移触发,位移变化超过某个值就进行一次采集。设备运行过程中速度如果超过某一个值,就会引起数据损失,包括图像掉帧、位移数据的损失和方位数据的损失。文中提出并详细阐述了损失数据的修复方法和具体步骤,最后开发了相应的软件,试验表明该方法是可行的。 (4)建立了该方法测量的光路示意图,得出了平硐内点的三维坐标和其在图像上投影点坐标的数学模型,并利用该模型推导出了计算平硐内像点坐标的数学公式。在此基础上提出了根据采集资料建立平硐三维模型的方法e。 (5)提出了利用采集数据计算节理面产状和宽度的数学模型,并开发了相应软件CHIFileAna.exe。试验结果表明该方法是可行的。 (6)在软件编写中,涉及到动态数组、三维建模、矩阵计算和图形绘制,单纯使用底层工具开发将会耗费大量的精力,而且结果并不一定完美。该系列软件将VC++6.0作为一个开发平台,将多种工具采用各种方法应用到软件编写工作中,不仅大大提高了效率,减少了不必要的工作量,而且结果更准确,展现手段更灵活。


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