无固定控制点摄影测量在隧道监测中的应用与研究

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1、无固定控制点摄影测量在隧道监测中的应用与研究摘要：当前在轨道交通、水利等行业建设以及国防建设中，隧道及其它地下工程的修建越来越普遍，因而围绕其展开的监控量测工作是非常必要的。因此，本文就此为切入点，首先分析探讨了无固定控制点的摄影测量在隧道监测系统中影像获取的方式，最后以人和场隧道为本次试验的依托工程，详细研究了无固定控制点摄影测量在隧道监测中的应用，以供参考借鉴。关键词：无固定控制点；摄影测量；隧道监测；应用研究中图分类号：O434文献标识码：A引言隧道监控量测是检验隧道施工稳定性的重要依据，对隧道各施工工序衔接有着重要的指导意义。随着摄影测量及数码相机技术的发展与进步，非量测数码相机己广

2、泛应用于近景摄影测量中，使得数字近景摄影测量在工程施工安全监测领域拥有巨大的发展潜力。一、无固定控制点的摄影测量在隧道监测系统中影像获取的方式分析10隧道影像质量的好坏直接关系到隧道影像信息的采集精度。实验通过分析非量测数码相机隧道影像及地物信息的属性和分布特性，对隧道监控量测过程中摄影方式的选择、物方控制体系的选取、相机参数的确定、摄影机的选择、人工标志的设计与制作、监测时间的选择、摄影机摆放位置与照明等进行叙述，这些问题都是保证获取优质隧道影像的重要影响因素。1、非量测数码相机隧道影像分析隧道施工时，照明只能靠外置的人工照明，使得隧道地物的明亮程度会随着摄影空间位置的变化而变化。由于摄影

3、机摆放位置、监测时间选择以及摄影方式选择的差异等因素，非量测数码相机获取隧道地物影像时很难在同一摄影条件下进行，同一地物近景摄影的成像效果也会产生不同。同时，隧道施工开挖、爆破等工序会造成隧道内的粉尘含量增高，甚至有些粉尘形成颗粒大的形状，严重影响非量测数码相机隧道近景摄影的影像质量，拍摄的隧道影像不能真实的反应隧道硐室空间信息变化，拍摄影像严重失真，如图1所示。图1隧道失真影像10隧道监控量测关心的是隧道围岩收敛及拱顶沉降变形等信息，监测的地物信息分布在影像的边缘位置，隧道近景摄影中心线方向区域则失去了监测价值。而非隧道近景摄影测量则主要关心的是近景摄影中心线方向的变形信息，主要地物信息置

4、于影像的中心区域。由于隧道近景影像地物信息分布的特殊性，加大了非量测数码相机影像畸变对隧道监控量测精度的影响，监测目标距影像中心线方向越远，畸变值越大。因此，由于隧道施工环境的复杂性以及监控量测的特殊性，非量测数码相机的隧道影像及地物信息具有其自身的属性和分布特性。2、隧道监控量测系统的摄影方式2.1近景摄影测量的基本摄影方式正直摄影方式和交向摄影方式是近景摄影测量中的两种基本摄影方式。正直摄影方式是指在进行立体像对摄影时，两摄影机主光轴彼此平行，且垂直于两摄站间的摄影基线占的摄影，如图2所示。图2正直摄影方式图3交向摄影方式交向摄影方式是指在进行立体像摄影时，两摄影机的主光轴大体位于同一平

5、面但互不平行、呈相交或发散成一个角度，且不垂直于两摄站间的摄影基线召的摄影，如图3所示。角度为交向摄影的交会角。10随着摄影技术和计算机技术迅猛发展，等偏摄影和等倾摄影等其他摄影方式的应用也日益扩大。其中，等偏摄影是指两摄影主光轴相对于摄影基线占以相同的方向旋转同样的角度的摄影。根据主光轴在摄影基线的垂线位置的不同，可分为左偏摄影和右偏摄影。等倾摄影是指左右两个主光轴分别对水平面有一个相等倾角的摄影，包括正直等倾摄影和等偏等倾摄影两种方式。2.2单相机摄影单相机摄影是指利用一台数字相机(量测型或非量测型均可)，分别在单摄站、双摄站和多摄站摄影，通过在被测物体周围拍摄多张相片或者利用一个带有三

6、个以上位置关系己知特征点的辅助测量棒实现对被测物体的三维坐标测量，如图4所示。由于隧道监测环境的复杂性，在使用非量测相机获取隧道数字影像时，是无法实现正直摄影、等偏摄影和交向摄影的，摄影方式应该是任意的。隧道监控量测过程中在确保监测精度的基础上，更多的是使用单相机摄影方式。图4单相机摄影示意图图5双相机摄影示意图2.3双相机摄影10双相机摄影是指采用两台数字相机联机作业，对目标物进行摄影，图像处理得到相应的像点坐标，通过同名像点匹配前方交会获取待测目标的三维坐标信息，非常适用于动态测量和实时在线检测。正直摄影方式和交向摄影方式属于双相机摄影方式中的两种常用摄影方式。双相机摄影拥有实时性和快速

7、性等优势和测量特点，提高了测量灵活性和测量范围，但现场标定是一大难题。隧道监测过程中，采用双相机摄影方式适合进行隧道断面轮廓测量。双相机摄影如图5所示。二、基于无固定控制点的摄影测量在隧道监测系统中的应用研究1、工程概况笔者根据查阅资料，最终选定位于新建兰州～重庆铁路LYS，14标段的人和场隧道为本次试验的依托工程。该工程起讫里程DK947+510～DK951+960，全长4450m。隧道岩体结构复杂，以粉岩