[发明专利]利用近景摄影进行隧道快速形变测量的方法

说明书

本发明公开了一种利用近景摄影进行隧道快速形变测量的方法，包括相机检校，计算成像系统的内方位元素；影像采集，将立体摄影系统设置在隧道内，采集测区影像；空三匹配，给定匹配像对两张影像间的概略偏移量；点云生成，生成隧道内部结构面的三维点云，构建三维模型；形变检测，获取同一区域在不同时相生成的三维点云，对所生成的三维点云采用克里金插值分别进行拟合得到拟合曲面，对不同时相的拟合曲面做差得到点云插至图，实现对隧道的形变监测。本发明利用近景摄影进行隧道快速形变测量的方法采用多相机立体摄影系统辅助进行摄影测量，得到相机的内方位元素和畸变参数，从而实现隧道表面的三维建模，对施工期隧道形变进行监测。

技术领域

本发明涉及形变监测技术领域，尤其涉及一种利用近景摄影进行隧道快速形变测量的方法。

背景技术

社会的经济发展离不开交通运输的支撑。特别是在偏远山区，交通因素尤为重要但由于其本身的复杂地势使其在与外界进行物质交流上具有先天的劣势。考虑到成本，便利等因素，现如今常采用的方法是利用隧道贯通山体。隧道具有断面大，附属设施多，运营环境要求高等特点，对于隧道建设的技术水平要求很高，特别是随着新兴高速公路与高速铁路的快速发展，对隧道工程的质量和安全性要求进一步提高，因此对于隧道工程进行形变监测是十分必要的。

传统进行形变监测的手段常用的是收敛仪法和全站仪法，但在实际应用都存在各自的缺陷：

收敛仪法通过测线长度的变化来反映隧道的收敛值，无法提供关于点位变形的三维信息，且测线数量有限，特别是收敛仪法是一种接触测量方法，在大型隧道及地下空间中无法使用，现场经常发生随着断面扩挖，原有的测线不得不放弃观测的情况，导致监测数据的间断；

全站仪法可实现非接触观测，并且能够获得点位变化的三维信息。但是全站仪法对现场环境条件的要求高，实际观测时间长，往往与施工作业发生矛盾，并且所能监测的变形点数量有限。

21世纪以来我国将近景摄影测量技术引入隧道形变监测领域，该技术操作简单，可以在较短时间内获得大量数据，且可以用计算机来完全代替人工计算。但在隧道施工和运营期间，存在自然光线不足或者空间有限的制约，尤其是在隧道施工期间受粉尘等作用的影响，由作业人员手持进行拍摄难以满足曝光时间的要求。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种利用近景摄影进行隧道快速形变测量的方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种利用近景摄影进行隧道快速形变测量的方法，包括以下步骤：

S1、相机检校，通过建立已知物点和像点的对应关系，计算成像系统的内方位元素；

S2、影像采集，将立体摄影系统设置在隧道内，采集测区影像；

S3、空三匹配，人工给定航带内立体像对的种子点和航带间相应影像的种子点，获取不同影像上的同名点，给定匹配像对两张影像间的概略偏移量；

S4、点云生成，生成隧道内部结构面的三维点云，构建三维模型；

S5、形变检测，针对隧道施工的不同阶段，获取同一区域在不同时相生成的三维点云，对所生成的三维点云采用克里金插值分别进行拟合得到拟合曲面，对不同时相的拟合曲面做差得到点云插至图，实现对隧道的形变监测。

具体地，上述步骤S1具体包括以下步骤：

A1、固定相机拍摄标定板，获取标定板的影像，根据相机共线方程成像模型，获取等式：

其最小特征值所对应的特征向量为式(1)的最小二乘解；

式中：s为与齐次世界坐标有关的比例缩放因子