[发明专利]滑轨相机动态组网的隧道变形测量系统、方法和装置

说明书

本申请涉及滑轨相机动态组网的隧道变形测量系统、方法和装置，该系统包括沿隧道方向固定安装的N个滑轨相机测站，每个滑轨相机测站均包括滑轨和相机阵列，相机阵列滑动安装在滑轨上，滑轨用于引导相机阵列的滑动与链式组网，N为大于1的正整数。相机阵列包括至少两个相机且至少有一对相机的拍摄方向相反，至少两个相机相互固连设置，相机阵列用于拍摄隧道待测区域内的待测点，获取待测点的面内位移数据、所属滑轨相机测站的位置数据及姿态数据。待测点的面内位移数据、所属滑轨相机测站的位置数据及姿态数据用于确定隧道待测区域的变形情况。达到了大幅提高隧道变形测量性能的目的。

技术领域

本发明属于大型土木结构健康监测技术领域，涉及一种滑轨相机动态组网的隧道变形测量系统、方法和装置。

背景技术

随着公共基础设施的不断完善建设，大型土木结构健康监测技术也随之不断迭代升级。其中，隧道是常见的大型土木结构中的一种，而地铁隧道又是现代化城市中重要的隧道设施，对其进行结构健康监测有着极为重要的现实意义。隧道变形是指其管片结构的水平位移、垂直位移，收敛变形。在隧道施工及运营过程中，变形往往是造成隧道开裂、结构失效的主要原因之一，变形超过正常范围时，直接影响隧道结构特性，甚至隧道的损毁，严重威胁作业施工人员人身安全及列车运行安全。

目前，图像测量是一门已经发展比较成熟的测量技术，具有高精度、非接触、实时测量以及高频测量等优点，已经在大型土木结构位移变形测量、勘察勘测、质量监测、建筑施工和三维重建等领域得到了广泛的应用。对于隧道变形测量，目前常见的技术主要有基于数字摄影测量技术的隧道变形监测技术和基于串联相机网络测量原理的隧道断面变形自动监测技术等。然而，在实现本发明的过程中，发明人发现上述传统的隧道变形测量技术，仍存在着隧道变形测量性能不高的技术问题。

发明内容

针对上述传统方法中存在的问题，本发明提出了一种能够大幅提高隧道变形测量性能的滑轨相机动态组网的隧道变形测量方法，一种滑轨相机动态组网的隧道变形测量系统以及一种滑轨相机动态组网的隧道变形测量装置。

为了实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一方面，提供一种滑轨相机动态组网的隧道变形测量系统，包括沿隧道方向固定安装的N个滑轨相机测站，每个滑轨相机测站均包括滑轨和相机阵列，相机阵列滑动安装在滑轨上，滑轨用于引导相机阵列的滑动与链式组网，N为大于1的正整数；

相机阵列包括至少两个相机且至少有一对相机的拍摄方向相反，至少两个相机相互固连设置，相机阵列用于拍摄隧道待测区域内的待测点，获取待测点的面内位移数据、所属滑轨相机测站的位置数据及姿态数据；

待测点的面内位移数据、所属滑轨相机测站的位置数据及姿态数据用于确定隧道待测区域的变形情况。

另一方面，还提供一种滑轨相机动态组网的隧道变形测量方法，应用于上述的滑轨相机动态组网的隧道变形测量系统，方法包括步骤：

获取相机阵列的相机参数；相机参数包括相机焦距、测站安装位置和安装姿态；

采用亚像素定位法，提取相机阵列在当前隧道断面测量链路上拍摄的待测点的待测点图像坐标；

根据待测点图像坐标和相机参数，利用非线性优化方法求解预存的滑轨观测方程得到滑轨相机测站的位置姿态变化和公共待测点的面内位移；公共待测点为相邻两个滑轨相机测站的公共视场中的待测点；

根据滑轨相机测站的位置姿态变化，求解预存的测点位移方程得到滑轨相机测站的视场中公共待测点以外的其余待测点的面内位移；

控制滑轨相机测站移动扫描下一隧道断面测量链路上的待测点并返回根据待测点图像坐标和相机参数，利用非线性优化方法求解预存的滑轨观测方程得到滑轨相机测站的位置姿态变化和公共待测点的面内位移的步骤，直至测量得到隧道中所有待测点的面内位移。