[发明专利]基于轮廓线的高大烟囱变形测量方法

说明书

技术领域

本发明属于工程测量领域，涉及一种精确监测烟囱变形方法。

背景技术

随着我国现代化事业的发展，越来越多的高层建筑物兴起。而烟囱作为高层建筑物的代表之一，对工业生产有着重要的意义。高层建筑为现代化建设生产服务的同时，也存在着安全风险，一旦发生意外，将给人民生命和国家财产造成无法估量的损失。工程变形观测是高层建筑安全可靠运行的保证，所以超高烟囱必须定期进行安全监测。电力是我国生产生活的基本需要，目前我国80％的电力来自火电，而烟囱是火电站必不可少的建筑物。为保证火电厂的安全生产，保证电力的正常供应，必须有一整套系统的精确的对烟囱变形进行定期监测的方法和流程。

与普通高层建筑物相比，烟囱有一定的特殊性，加大了变形观测的难度。特点有：1、无法直接测定烟囱中心。监测烟囱变形主要是监测烟囱中心线的水平位移，而中心线不可视，只能间接测量。2、表面粗糙，反射回波弱，无法直接用全站仪测量表面点坐标。3、纹理信息缺乏，无标志点。一般高层建筑物可以通过交会法获得标志点的空间坐标，通过标志点的水平位移来判断建筑物的水平位移。

目前工程测量中，对烟囱的变形监测尚无较为完善的方法，一般都是假定烟囱的每一个水平断面均为一个规则的圆，采用观测烟囱轮廓线的方法交会空间圆心坐标。如图1所示，通过多个站点同时观测烟囱同一断面层的轮廓，将每一次的观测视为一个视，图1中三个站共有六个视，由水平角和站点坐标可以算出每一条视线的直线方程，此直线即为圆的切线。多次观测，多条视线可以确定出一个内切圆，圆心即为此断面烟囱的中心坐标。传统方法理论上严密，可在实际烟囱测量中难于操作。因为烟囱表面的复杂性，无法做到每个视所见的烟囱轮廓均在同一个断面层上，所以实际作业中采用此种方法是不严密的。传统烟囱测量的另一个弊端是监测工作量和所需要获取的断面层数成正比，当需要较密集地获取烟囱中心线上点的坐标，以便精确分析中心线形变趋势时，作业量巨大。

针对传统方法的局限性，结合摄影测量理论与计算机视觉技术，现提出一种基于轮廓线的高大烟囱变形测量方法。该方法能较好的解决烟囱测量中问题。该方法仍然将烟囱抽象为一个一个的断面圆，将断面圆投影至影像上，将得到一个规则的椭圆；提取影像上的烟囱的轮廓线，将得到一段光滑的连续的曲线；根据摄影几何原理，视线与空间圆的切点在影像上的投影必定位于轮廓线上，由此构成对空间圆的约束。同一个位置可以拍摄烟囱的左右两条轮廓线，改变摄影位置，可以构成更多的约束。给定一个空间断面圆高程，可以获得烟囱中该断面圆的圆心位置和半径。给定烟囱中不同的高程，即可获得烟囱中不同的空间断面圆，无数个空间断面圆构成烟囱的表面模型。

发明内容

本发明所提出的基于轮廓线的高大烟囱变形测量方法中，测量原理基本思想如下：

基于轮廓线的高大烟囱变形测量方法采用带数码相机的全站仪，如日本拓普康公司生产的TOPCON Image Station(简称IS)201图像全站仪进行测量。IS将数码相机与全站仪有机集成在一起，可以实现摄影同时获取影像的内外方位元素。基本原理是将空间断面圆投影到影像上，将会得到一个规则的椭圆，而根据摄影几何知识，视线与空间断面圆的切点在图像上的投影必定位于影像上烟囱的轮廓线中。保证切点在图像上的投影点与图像烟囱轮廓线的距离最小，至少三个观测(即三条视线)可以定出空间圆的中心坐标(X，Y)和半径R，一般有多余观测，八个视左右最小二乘，即可以精确定出空间圆的中心坐标。