[发明专利]地铁隧道相对变形的摄影测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土木工程结构健康检测与监测的方法，具体涉及一种地铁隧道相对变形的摄影测量方法，属于测量技术领域。

背景技术

城市地铁隧道作为生命线工程的重要组成部分，其运营期间的安全问题日益受到关注。由于地基变形、内部应力及外部荷载的变化，地铁隧道在运营期间会产生结构变形，包括沉降、位移、断面收敛等。如果结构变形过大，就会造成衬砌裂损、落石、渗漏水等一系列事故或灾害，有时隧道沉降还会造成地铁轨道不平整，影响到乘坐的舒适性甚至行车安全。对地铁隧道运营期间的变形进行监测，目的是为了随时掌握隧道本身及其周围环境影响引起的变形情况，及时采取措施阻止继续变形，保证隧道结构和地铁运营安全。

目前已应用的地铁隧道自动监测设备和技术主要有电子水平尺、巴赛特收敛系统、全站仪、光纤传感系统等。电子水平尺用于测量水平偏差，使用时可以单支安装，也可以将多支首尾相连在待测区段内展开，形成尺链。巴赛特收敛系统是将多个由长短臂组成的杆件单元首尾互相铰接安装在隧道待测横断面四周，形成测量环，通过感知长短臂的相互角度变化来测量隧道断面的收敛。全站仪是通过观测2个以上的后视点反算出仪器中心的坐标，并根据待测目标点与仪器中心的距离、角度等一系列信息求出其在同一坐标系下的坐标，从而得到目标点在不同时期的位移。光纤传感系统是利用光纤的传光特性，将被测量转化为信号光的波长、频率、相位等光学性质的改变，通过感知这些光学性质的变化来得到结构的应力、应变等信息。但是这些监测方法在实际应用中都各存在有缺点。电子水平尺、巴赛特收敛系统和光纤传感系统都属于接触测量，传感器安装难度大，并且仪器的价格往往比较昂贵。全站仪属于非接触测量，能获得被测点变形的三维信息，但是现场测量对环境条件要求高，观测耗时较长。因而，现有隧道变形监测技术主要存在的问题是，设备价格昂贵，变形测量时现场操作难度高。

发明内容

本发明的目的是克服现有隧道变形监测技术的不足，提供一种用于地铁隧道相对变形的摄影测量方法，针对隧道内部没有稳定控制点的特点，根据摄影测量中的直接线性变换(Direct Linear Transform,DLT)算法，利用活动控制系统，获得隧道内测点的相对变形，从而推断包括隧道相对沉降、断面收敛等不良健康状况。

为了更好地表述本发明的技术方案，下面首先对本发明涉及的摄影测量中的直接线性变换算法理论作如下表述：

一、常用坐标系说明

根据近景摄影测量理论，常用到如下两种坐标系统，请参阅图1：

1、物空间坐标系O-XYZ：用于描述地面点(所摄物体)在物方空间的位置，可根据需要来选定坐标原点和三轴系方向。如某物点P的空间坐标为(X，Y，Z)。

2、像平面坐标系o-xy：用于描述像点在像平面上的位置。摄影方向(即物镜主光轴)与像平面的交点就是像平面坐标系的原点o，称为像片的像主点；摄影方向oz与物镜的交点为摄影中心S；摄影中心S与像平面的距离f称为像片的主距。如物点P(空间坐标为X，Y，Z)在像平面上投影的像点p的坐标为(x，y)。

二、直接线性变换解法

本发明所述的摄影测量方法采用摄影测量理论的直接线性变换算法，对物点(摄影的目标点)在不同物空间坐标系中的坐标(X，Y，Z)以及在像平面坐标系中的坐标(x，y)进行变换解算，其涉及下列关系方程式，这些关系方程式是本技术领域的技术人员通过现有的直接线性变换算法理论和数学理论即能推导而得，属于公知技术。

1、在某一物空间坐标系O-XYZ中物点P的物空间坐标与其像点p的像平面坐标遵循下列关系：