云台相机动态组网的隧道变形测量系统、方法和装置制造方法及图纸

本申请涉及云台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个云台相机测站，每个云台相机测站均包括云台和相机阵列，相机阵列固定安装在云台上，云台用于控制相机阵列的转动与链式组网，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，至少两个相机在所属的云台上相互固连设置，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、所属云台相机测站的位置数据及姿态数据。待测点的面内位移数据、所属云台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。测量性能的目的。测量性能的目的。

【技术实现步骤摘要】
云台相机动态组网的隧道变形测量系统、方法和装置


[0001]本专利技术属于大型土木结构健康监测
，涉及一种云台相机动态组网的隧道变形测量系统、方法和装置。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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、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，在实现本专利技术的过程中，专利技术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。

技术实现思路

[0004]针对上述传统方法中存在的问题，本专利技术提出了一种能够大幅提高隧道变形测量性能的云台相机动态组网的隧道变形测量方法，一种云台相机动态组网的隧道变形测量系统以及一种云台相机动态组网的隧道变形测量装置。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用以下技术方案：
[0006]一方面，提供一种云台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个云台相机测站，每个云台相机测站均包括云台和相机阵列，相机阵列固定安装在云台上，云台用于控制相机阵列的转动与链式组网，N为大于1的正整数；
[0007]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，至少两个相机在所属的云台上相互固连设置，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、所属云台相机测站的位置数据及姿态数据；
[0008]待测点的面内位移数据、所属云台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。
[0009]另一方面，还提供一种云台相机动态组网的隧道变形测量方法，应用于上述的云台相机动态组网的隧道变形测量系统，方法包括步骤：
[0010]获取相机阵列的云台相机参数；云台相机参数包括相机焦距、测站安装位置和安装姿态；
[0011]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；
[0012]根据待测点图像坐标和云台相机参数，利用非线性优化方法求解预存的云台观测方程得到云台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云台相机测站的公共视场中的待测点；
[0013]根据公共待测点的面内位移，求解预存的测点位移方程得到云台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；
[0014]控制云台相机测站转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云台相机参数，利用非线性优化方法求解预存的云台观测方程得到云台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。
[0015]又一方面，还提供一种云台相机动态组网的隧道变形测量装置，应用于上述的云台相机动态组网的隧道变形测量系统，装置包括：
[0016]相机参数模块，用于获取相机阵列的云台相机参数；云台相机参数包括相机焦距、测站安装位置和安装姿态；
[0017]测点提取模块，用于采用亚像素定位法，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；
[0018]第一位移模块，用于根据待测点图像坐标和云台相机参数，利用非线性优化方法求解预存的云台观测方程得到云台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云台相机测站的公共视场中的待测点；
[0019]第二位移模块，用于根据公共待测点的面内位移，求解预存的测点位移方程得到云台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；
[0020]扫描控制模块，用于控制云台相机测站转动扫描下一隧道断面测量链路上的待测点并返回采用亚像素定位法，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的步骤，直至测量得到隧道中所有待测点的面内位移。
[0021]再一方面，还提供一种隧道变形监测设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的云台相机动态组网的隧道变形测量方法的步骤。
[0022]上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
[0023]上述云台相机动态组网的隧道变形测量系统、方法和装置，通过基于图像组网测量技术，将相机阵列集成到云台上作为一种新的可动态组网巡测的云台相机测站，利用云台上相机阵列拍摄隧道待测区域内的各待测点，以获取待测点的面内位移数据、所属云台相机测站的位置数据及姿态数据等，以便基于摄影测量原理测量得到各待测点的隧道截面内移量，确定隧道待测区域的变形情况。利用上述沿隧道方向固定安装的N个云台相机测站，可以进行动态链式组网，从而分别对各传递测量链路上的所有待测点进行巡测，实现隧道大范围区域变形的自动、快速和高效的巡测，达到了大幅提高隧道变形测量性能的目的。
[0024]相比于传统技术，在发挥图像测量技术精度高、非接触、成本低和长时间等优点的同时，上述方案将相机阵列集成到云台上，通过云台转动实现多个测点的巡测，将链式相机网络的方法由基于固定平台的静态组网模式拓展至基于云台的动态组网模式，极大地缩减了所需监测设备的数量、提高了监测系统的简易性和灵活性。进一步丰富了图像测量原理，
为隧道大范围变形测量提供了一种有效的快速、高精度、自动测量的科学原理和方法。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为一个实施例中的云台相机动态组网的隧道变形测量系统的第一结构示意图；
[0027]图2为一个实施例中的云台相机动态组网的隧道变形测量系统的第二结构示意图；
[0028]图3为一个实施例中的的云台相机动态组网的隧道变形测量系统的第三示意图；
[0029]图4为一个实施例中的云台相机动态组网的隧道变形测量方法的流程示意图；
[0030]图5为一个实施例中的云台相机测站转动位置1的示意图；
[0031]图6为一个实施例中的云台相机测站转动位置2的示意图；
[0032]图7为一个实施例中的云本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种云台相机动态组网的隧道变形测量系统，其特征在于，包括沿隧道方向固定安装的N个云台相机测站，每个所述云台相机测站均包括云台和相机阵列，所述相机阵列固定安装在所述云台上，所述云台用于控制所述相机阵列的转动与链式组网，N为大于1的正整数；所述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，所述至少两个相机在所属的所述云台上相互固连设置，所述相机阵列用于拍摄隧道待测区域内的待测点，获取所述待测点的面内位移数据、所属云台相机测站的位置数据及姿态数据；所述待测点的面内位移数据、所属云台相机测站的所述位置数据及姿态数据用于确定所述隧道待测区域的变形情况。2.根据权利要求1所述的云台相机动态组网的隧道变形测量系统，其特征在于，所述相机阵列中的相机包括大视场监控相机，所述大视场监控相机用于对所述隧道待测区域进行异物脱落检测。3.根据权利要求1或2所述的云台相机动态组网的隧道变形测量系统，其特征在于，还包括至少两个基准点，所述基准点位于所述隧道内由N个所述云台相机测站动态链式组网形成的传递测量网络中，所述基准点包括所述隧道待测区域内位置严格不动的观测点、所述隧道待测区域内水平和竖向位移已知的观测点或者所述隧道待测区域内沉降量和水平位移已知的待测点；所述基准点用于指示各所述云台相机测站的晃动量。4.根据权利要求3所述的云台相机动态组网的隧道变形测量系统，其特征在于，所述云台相机测站还包括IMU和/或电子水平仪，所述IMU和/或电子水平仪安装在所述云台上，用于辅助设置所述云台的转动路径和位置。5.根据权利要求3所述的云台相机动态组网的隧道变形测量系统，其特征在于，还包括测点标志，所述测点标志设置在所述待测点处并与所述待测点一一对应，所述测点标志用于向所述相机阵列标记所属的所述待测点。6.根据权利要求5所述的云台相机动态组网的隧道变形测量系统，其特征在于，所述测点标志包括所属的所述待测点处的隧道管片上额自然结构特征、被动反光标志或主动发光标志。7.一种云台相机动态组网的隧道变形测量方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任一项所述的云台相机动态组网的隧道变形测量系统，所述方法包括步骤：获取所述相机阵列的云台相机参数；所述云台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，提取所述相机阵列在当前隧道断面测量链路上拍摄的所述待测点的待测点图像坐标；根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建科，余海忠，王伶俐，王天孝，李万双，
申请(专利权)人：深圳市嬴邦土木科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：