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基于数字图像处理的拱顶位移监测系统研究

作　者: 陈玮
导　师: 赵文光；文银平
学　校: 华中科技大学
专　业: 防灾减灾及防护工程
关键词: 拱顶位移监测隧道工程数字图像处理相机标定目标标定板参考标定板三维位移解算
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 28次
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内容摘要

随着国民经济的发展,隧道工程也迅速的发展着。对于隧道工程来说,施工监控量测是工程建设中必不可少的重要环节。其中,拱顶下沉测量是确认围岩稳定性,尤其是事先预报拱顶崩塌的重要手段。因此,准确、及时的获取拱顶位移变化,显得尤为重要。对于拱顶下沉测量,存在了很多方法,并且在工程建设中发挥了重要作用,但是这些方法未能做到精度、操作性和成本的统一。因此,本文结合隧道工程建设中对拱顶位移监测的要求,设计了数码相机与电子经纬仪相结合的一套系统,推导了系统的实现原理,并开发与系统相适应的监测软件。通过这套系统,希望能够做到精度、操作性和成本的协调统一。本套监测系统采用数码相机结合电子经纬仪作为量测工具,设计出与系统相应的标定板。在系统应用中,将目标标定板安置在需要监测的位置处(对于隧道工程来说,通常为拱顶位置),并在基准点处安置参考标定板。系统由以下几步实现:首先,运用数码相机拍摄目标标定板和参考标定板,结合数字图像处理技术,实现相机标定,得到光心坐标;其次,利用光心坐标,结合经纬仪测角,解算出经纬仪中心(三轴交点)坐标;再次,利用经纬仪中心坐标,结合两幅标定板之间角度信息,解算出目标标定板中心点和参考标定板中心点之间的三维坐标;最后,通过对两幅标定板进行长期监测,得到目标标定板中心点的三维位移,并绘制其时程图。通过多组实验,验证了系统原理的正确性,以及系统具有自由设站这一特性。基本实现了本套系统在精度、操作性和成本的协调统一,为隧道工程建设提供了一种更为理想的拱顶位移监测方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题的研究背景  9
  1.2 现有拱顶位移监测方法和问题分析  9-11
  1.3 拱顶位移监测方法的研究现状  11-12
  1.4 本套系统研究的目标  12-13
  1.5 研究的主要内容  13-14
2 基于数字图像处理的隧道拱顶位移监测系统构成  14-21
  2.1 基于数字图像处理的隧道拱顶位移监测系统总体构成  14
  2.2 基于数字图像处理的隧道拱顶位移监测系统硬件构成  14-18
  2.3 基于数字图像处理的隧道拱顶位移监测系统软件实现  18-19
  2.4 基于数字图像处理的隧道拱顶位移监测系统实现  19-20
  2.5 本章小结  20-21
3 基于数字图像处理的隧道拱顶位移监测实现原理  21-55
  3.1 基于数字图像处理的隧道拱顶位移监测系统原理组成  21-22
  3.2 相机标定  22-43
  3.3 电子经纬仪三轴交点O三维坐标解算  43-46
  3.4 目标标定板中心点与参考标定板中心点之间三维坐标解算  46-53
  3.5 目标标定板中心点三维位移解算  53-54
  3.6 本章小结  54-55
4 基于数字图像处理的隧道拱顶位移监测系统实验验证  55-90
  4.1 实验一：相机标定方法的仿真分析与实验验证  55-65
  4.2 实验二：目标板设计  65-81
  4.3 实验三：测站点移动后的目标标定板中心点标位移解算  81-89
  4.4 对三组实验的总结与分析  89-90
5 总结与展望  90-92
  5.1 总结  90-91
  5.2 展望  91-92
致谢  92-93
参考文献  93-97
附录Ⅰ 相机标定理论仿真推导中初值解算程序  97-98
附录Ⅱ 实验三中目标的图像像素坐标  98-100
附录Ⅲ 攻读学位期间发表的论文目录  100

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