[发明专利]用于监测地基沉降的闭环像机串联网络

权利要求书

1.用于监测地基沉降的闭环像机串联网络，包括两种闭环像机串联网络，一种是针对位置和姿态变形六维数据监测需求的闭环位姿传递像机串联网络；一种是针对仅关注垂直方向沉降量监测需求的闭环位移传递像机串联网络，其特征在于，

所述闭环位姿传递像机串联网络包括1个严格不动或沉降变形的基准点和多个测量单元，在各待测点安装测量单元并形成闭环，测量单元由摄像机和合作标志固联组成，测量单元中各组件之间的姿态关系事先标定，并且在测量过程中保持不变；所有测量单元中的摄像机同步采集图像，提取得到各个合作标志在各图像中的位置，综合基准点的沉降信息处理得到所有测量单元的位置和姿态变形六维数据；

所述闭环位移传递像机串联网络包括1个严格不动或沉降变形的基准点及多个测量单元，在各待测点处安装测量单元并形成闭环，测量单元包括交替出现的多头像机单元及合作标志单元；通过各个合作标志在各图像中的位置和基准点的沉降信息，处理得到所有测量单元在垂直方向的沉降量。

2.根据权利要求1所述的用于监测地基沉降的闭环像机串联网络，其特征在于，所述闭环位姿传递像机串联网络，S为严格不动或沉降变形的基准点，n个测量单元依次编号为T1、T2、T3、…Ti、…T(n-2)、T(n-1)、Tn，基准点和第一级测量单元之间、相邻测量单元之间、最后一级测量单元与基准点之间是可通视的，形成闭环结构，

经过多级传递测量，各个测量单元在测量基准坐标系下的旋转矩阵和平移向量表示为：

¹R₀、¹T₀分别表示基准点S和测量单元T1之间的旋转矩阵和平移向量，ⁱ⁺¹R_i、ⁱ⁺¹T_i分别表示测量单元T(i+1)和测量单元Ti之间的旋转矩阵和平移向量；

闭环位姿传递像机串联网络中存在闭环约束，即基准点通过闭环位姿传递像机串联网络再回到基准点自身的旋转矩阵是单位矩阵，且平移向量为0，表示如下：

3.根据权利要求1所述的用于监测地基沉降的闭环像机串联网络，其特征在于，所述闭环位移传递像机串联网络，包括n个多头像机站和2n个合作标志，S为严格不动或沉降变形的基准点，合作标志和双头像机依次编号为M1,DHC1,M2,M3,DHC2,M4,M5,DHC3,…,M(2i-2),M(2i-1),DHC(i),M(2i),M(2i+1),…,DHC(n-1),M(2n-2),M(2n-1),DHC(n)，合作标志安装在待测点处，每个像机同时拍摄左侧或右侧的合作标志，最终围绕形成闭环结构，闭环位移传递像机串联网络中存在两种约束：

固连约束：双头像机由两个相同型号的单头像机朝相反的方向固连在一条直线上，具有相同的沉降、俯仰以及旋转等变化；

同名约束：同一合作标志能被不同的像机拍摄到，但其实际的沉降变化量不变；

当不考虑像机的旋转时，双头像机DHC(i)所拍摄左侧M(2i-2),M(2i-1)两个标志和右侧M(2i),M(2i+1)两个标志在竖直方向位移量运算公式为：

公式(4)中右上标为双头像机编号，右下标为合作标志编号；h为合作标志在像机图像中的竖直位移量，k为图像对标志的放大倍数；Δy为合作标志或双头像机处的路基沉降量；d是双头像机与合作标志间的距离；θ^Ci为编号为Ci的双头像机单元的俯仰角变化量，h由相应标志点图像坐标的变化得到，d、k具体数值通过标定得到，Δy、θ为监测量；

公式(4)列出4n个方程，即得出监测模型，该监测模型由线性最小二乘方法求解得出。