本文關(guān)鍵詞：非量測數(shù)碼相機(jī)近景攝影測量技術(shù)在工程中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

非量測數(shù)碼相機(jī)近景攝影測量技術(shù)在工程中的應(yīng)用

[摘要]廉價而實(shí)用的普通數(shù)碼相機(jī)、電子相片和測量軟件系統(tǒng)等使近景攝影測量在工程應(yīng)用中更加方便、可行。為了增強(qiáng)公眾對這種非接觸、無損測量技術(shù)在工程監(jiān)測領(lǐng)域中應(yīng)用情況的了解，文章簡要回顧了近景攝影測量的研究應(yīng)用歷史和現(xiàn)狀，描述了它在工程變形測量，幾何測量，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)檢測中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：近景攝影測量；線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；橋梁裂縫監(jiān)測；

一、近景攝影測量原理

（一）近景攝影的定義

近景攝影測量已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域，原則上來講，凡是可獲取影像的各類目標(biāo)，都可以使用近景攝影測量的相關(guān)技術(shù)，在某種精度上來測定它的形狀、大小和運(yùn)動參數(shù)。如汽車外殼形狀的測定，大型機(jī)械部件加工質(zhì)量和裝配質(zhì)量的檢查，水利工程模型的量測，爆破量的計(jì)算，爆破過程的演示，各類建筑物的變形觀測等；生物醫(yī)學(xué)攝影測量則包括動物軀體的外形測量，生物發(fā)育全過程的記錄，以及對醫(yī)學(xué)內(nèi)科、外科、牙科、眼科、骨傷科、矯形科的臨床診斷提供量測技術(shù)，配合 X 光立體攝影量測體內(nèi)異物或病灶的位置等；建筑攝影測量包括亭臺樓閣等古老建筑或石窟雕琢的等值線圖、立面圖、平面圖的制作，可用于古跡遺址的發(fā)掘和歷史文物的復(fù)制等。據(jù)世界各國攝影測量技術(shù)應(yīng)用情況的不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在幾乎找不到未使用近景攝影測量的行業(yè)。

（二）近景攝影的用途

攝影測量學(xué)的主要研究課題是如何根據(jù)平面像點(diǎn)坐標(biāo)求解相應(yīng)的空間立體坐標(biāo)（平面坐標(biāo)和高程），這個過程就需要知道攝影中心與像片平面的相對位置和攝影瞬間攝影機(jī)的空間位置，這樣就可以建立像素坐標(biāo)點(diǎn)和被攝物體相應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)之間相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系，進(jìn)行坐標(biāo)求解。攝影測量的過程實(shí)際上就是攝影過程的逆過程，它將二維平面圖像像點(diǎn)坐標(biāo)重新映射到三維立體世界坐標(biāo)里，還原被攝物體的立體形狀。為了實(shí)現(xiàn)重構(gòu)三維立體影像這個過程，根據(jù)雙像立體視覺原理，一般情況下至少需要兩幅不同角度拍攝的相片才可以完成。

二、攝影測量在隧道內(nèi)空收斂監(jiān)測中的應(yīng)用

通過對控制點(diǎn)坐標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程中考慮相機(jī)鏡頭畸變進(jìn)行畸變校正，大大提高了測量精度，并將這種方法在隧道內(nèi)空收斂之中進(jìn)行試驗(yàn)，與全站儀測量結(jié)果對比，得到了較好的測量效果。

（一）試驗(yàn)隧道工程概況

重慶市軌道交通一號線為重慶市軌道交通網(wǎng)中的一條骨干線路，該線路起于朝天門站，終點(diǎn)為沙坪壩站，全長 16.5 km。本次試驗(yàn)區(qū)段為馬家?guī)r停車場出入線隧道工程，線路整體呈八字形布置，分別連接于兩地下站，即高廟村站（左線）和馬家?guī)r（右線）。受場地和正線線路控制，兩條出入場線在并行以后有一段半徑為 154.8m 的大曲線，該曲線從車場南面大川建材市場 C 棟、D 棟高層建筑之間（樁板式擋土墻）地下穿過。全線均為馬蹄形斷面，按新奧法原理設(shè)計(jì)，采用復(fù)合式襯砌暗挖結(jié)構(gòu)，鉆爆法施工。

隧道埋深 7～107m,除進(jìn)洞加強(qiáng)段及下穿既有天馬路段為淺埋隧道外，其余均為深埋隧道。穿越巖層主要為砂質(zhì)泥巖及夾薄層砂巖，除進(jìn)洞口段為Ⅵ級圍巖外，其余段均為Ⅳ級圍巖。線路行經(jīng)地段地質(zhì)條件和環(huán)境條件復(fù)雜，地面建筑較多為老舊樓房，特別是在洞頂埋深較小地段，隧道施工對其有一定影響。

（二）測量的目的及意義

在隧道新奧法施工中，監(jiān)控量測是必不可少的重要工作，施工時按照《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50299-1999)的有關(guān)規(guī)定必須進(jìn)行隧道周邊位移和拱頂下沉以及其它一些必要項(xiàng)目的量測工作。它可以彌補(bǔ)施工前地質(zhì)信息不足所帶來的缺陷，達(dá)到設(shè)計(jì)與施工同時并舉，從而正確地確定開挖方法、噴錨支護(hù)參數(shù)以及永久支護(hù)的施工時機(jī)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的建設(shè)目標(biāo)。

據(jù)此，在以新奧法施工監(jiān)控量測技術(shù)為主要研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)新技術(shù)、新方法、新工藝的綜合應(yīng)用；通過隧道開挖目測圍巖地質(zhì)狀況和實(shí)測的有關(guān)變位信息以及承載體系的受力狀態(tài)，為判斷隧道空間的穩(wěn)定性提供可靠的依據(jù)；根據(jù)變位速度判斷隧道圍巖穩(wěn)定程度，并為二次襯砌提供合理的支護(hù)時機(jī)，從而確保工程質(zhì)量與施工安全。因此，對馬家?guī)r停車場出入段線段隧道進(jìn)行監(jiān)控量測是非常必要的，通過該項(xiàng)工作能及時地為調(diào)整、修改設(shè)計(jì)和施工方法等提供科學(xué)參考依據(jù)，有效地避免塌方等工程事故。隧道周邊水平收斂和拱頂下沉量測目的:

①通過量測數(shù)據(jù)來指導(dǎo)施工和設(shè)計(jì)，判斷施工和設(shè)計(jì)的合理性和安全性，判斷初期支護(hù)設(shè)計(jì)與施工方法是否穩(wěn)妥，并為二次襯砌提供合理的支護(hù)時機(jī)；

②根據(jù)圍巖位移狀態(tài)曲線判定圍巖類別；

③為判斷隧道穩(wěn)定性提供可靠信息。

（三）常用測量方法

①傳統(tǒng)的便攜式斷面測量一般采用鋼尺收斂計(jì)進(jìn)行量測，鋼尺式收斂計(jì)是便攜式機(jī)械式位移監(jiān)測儀器，由百分表、鋼尺、恒力彈簧、調(diào)節(jié)裝置等部件組成，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊合理、操作方便、可直接讀數(shù)測值而被廣泛應(yīng)用于隧道斷面變形監(jiān)測中。具體測量方法是將鋼尺兩端的掛鉤分別掛在兩個測樁上，收緊鋼尺，將銷釘插入鋼尺上適當(dāng)?shù)男】變?nèi)，用卡鉤固定住鋼尺，然后轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母，使鋼尺收緊到觀測窗中的讀數(shù)與面板上刻度線成一直線為止，讀取鋼尺和百分表中的數(shù)值，相加就是兩測點(diǎn)間的距離，盡管收斂計(jì)本身的精度很高，但是在實(shí)施

測量的過程中，容易受到現(xiàn)場施工和設(shè)備安置等各方面因素的影響，存在效率低、選點(diǎn)位置和人為因素對測量結(jié)果影響較大、可靠性差等缺點(diǎn)。因?yàn)橥ǔＫ淼罃嗝娴闹睆奖容^大，往往需要借助梯子、竹竿等工具來進(jìn)行測量，隧道斷面較大時，要用很長的時間才可以用竹竿掛到隧道斷面上，花費(fèi)時間較長，基本上不可能在同一斷面上設(shè)置較多的測點(diǎn)，且容易受到施工干擾也會干擾隧道內(nèi)的其它施工。且這種方法只能測量隧道斷面上各測點(diǎn)間的相對距離，無法獲得隧道周邊各點(diǎn)的三維變化情況，局限性比較強(qiáng)。

②電子測距儀測量法最初是以全站儀為主要設(shè)備來實(shí)現(xiàn)隧道斷面三維變形量測的，近年來如極坐標(biāo)測量設(shè)備及后處理系統(tǒng)、三維激光掃描測量及后處理系統(tǒng)、高性能免棱鏡全站儀及后處理系統(tǒng)等大大提高了隧道斷面測量效率，實(shí)現(xiàn)了從交會方法到極坐標(biāo)法的轉(zhuǎn)變。

在交會階段，方法簡單易行，測量精度高，儀器價格也便宜，但是數(shù)據(jù)處理速度慢，測量時間長，影響隧道內(nèi)正常施工；在極坐標(biāo)階段，操作簡單，測量精度高，時間較短，但是儀器價格昂貴，操作維護(hù)都比較復(fù)雜，需要專門的軟件和專業(yè)人員來進(jìn)行操作，是一般施工單位無法承受的，通過激光測距光束對隧道內(nèi)壁進(jìn)行測距及測角，就可以得到隧道輪廓一個點(diǎn)的三維極坐標(biāo)值。

三、實(shí)驗(yàn)流程分析

由于隧道在施工過程中內(nèi)部光線不足，粉塵嚴(yán)重，施測空間窄小，測量中所受干擾大（施工機(jī)械等施工設(shè)備的影響），所以當(dāng)采用攝影手段來獲取控制點(diǎn)及測點(diǎn)的位置時要注意：1)攝影過程中，選擇測點(diǎn)位置、坐標(biāo)系位置和攝影測站位置應(yīng)注意要避開屏障，同時要注意防止攝影死角的出現(xiàn)，像片應(yīng)覆蓋整個攝影區(qū)域，以保證像點(diǎn)的完全清晰展現(xiàn)和避免特征點(diǎn)在一張像片上有，，而另外一張像片上就沒有的現(xiàn)象出現(xiàn)；2)進(jìn)行左右像片的拍攝作業(yè)時，使兩片都覆蓋目標(biāo)區(qū)域，并使拍攝距離適當(dāng)（距離太近，隧道壁變形太大，不利于匹配，降低精度；距離太遠(yuǎn)，導(dǎo)致目標(biāo)區(qū)域分辨率過低，也不利于結(jié)果精度）。

環(huán)境條件不同，會造成光線條件也就不同，所以在拍攝像片進(jìn)行攝影測量時要注意因地制宜，結(jié)合所測量地方的環(huán)境情況來選擇適當(dāng)?shù)臏y點(diǎn)位置、坐標(biāo)系位置和攝影測站位置來進(jìn)行拍攝，進(jìn)而得到適合進(jìn)行后期處理的像片。試驗(yàn)流程如下：

① 在將要測量的隧道斷面布置測點(diǎn)標(biāo)志；

② 在要測量的隧道斷面前方不遠(yuǎn)處用三腳架擺放坐標(biāo)系統(tǒng)（如果太遠(yuǎn)，會降低測量精度；太近又不足以拍攝下整個量測斷面)；

③ 鎖定相機(jī)焦距且在拍攝全程不得改變相機(jī)焦距(焦距改變，會改變相機(jī)內(nèi)參，進(jìn)而影響量測結(jié)果)，仔細(xì)調(diào)整相機(jī)和坐標(biāo)系的位置與朝向，以達(dá)到較好的拍攝效果，然后對目標(biāo)斷面左、右(雙目系統(tǒng)進(jìn)行解析)前方分別進(jìn)行斷面立面攝影；

④ 進(jìn)行數(shù)字圖像處理圖像，確定坐標(biāo)系控制網(wǎng)格點(diǎn)測點(diǎn)像素坐標(biāo)；

⑤ 對各控制坐標(biāo)網(wǎng)格點(diǎn)及測點(diǎn)像素進(jìn)行鏡頭畸變校正；

⑥ 利用校正后的控制坐標(biāo)網(wǎng)格點(diǎn)像素坐標(biāo)和物方坐標(biāo)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練；

⑦ 利用已訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分別量測測點(diǎn) 1~2、2~3 之間的距離。

結(jié)論

本文由于時間和實(shí)驗(yàn)條件的限制，只是在工程檢測中應(yīng)用近景攝影測量試驗(yàn)，沒有形成軟件或處理系統(tǒng)，在圖形特征點(diǎn)自動匹配方面，還有很長的路要走。由于土木工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多樣性以及不確定性，近景攝影測量這個課題在理論、現(xiàn)場試驗(yàn)和工程應(yīng)用方面都還稱不上一個已經(jīng)完全被解決了的問題，所以在本文的基礎(chǔ)上，仍有許多工作值得進(jìn)一步研究。小清新文章來源——海內(nèi)論壇:

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