[發明專利]隧道三維變形監測方法及相關裝置

有效

• 申請號: 202010023138.9
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111043984B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 張躍強;劉肖琳;于起峰;丁曉華
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 熊永強;王勤

1.一種隧道三維變形監測方法，其特征在于，應用于包括至少兩個串聯相機觀測站網絡的相機測量系統，所述至少兩個串聯相機觀測站網絡中的每個串聯相機觀測站網絡均包括至少一個相機觀測站，所述至少一個相機觀測站中的每個相機觀測站均包括測量相機陣列和基準傳遞相機，所述方法包括：

通過多個基準傳遞相機獲得每個相機觀測站的晃動量；

根據所述每個相機觀測站的晃動量對所述每個相機觀測站相對于全局坐標系的初始位置姿態進行修正，得到所述每個相機觀測站的最終位置姿態；

通過所述至少兩個串聯相機觀測站網絡中處于同一相機觀測站組的兩個測量相機陣列對其對應的多個待測點進行前方交會測量，得到多個三維坐標，所述多個三維坐標與所述多個待測點一一對應，所述多個待測點處于待測隧道的作業范圍內；

根據任意兩個時刻得到的所有三維坐標確定所述待測隧道在所述任意兩個時刻之間的三維變形量；

其中，所述至少兩個串聯相機觀測站網絡包括N個相機觀測站，所述N為大于1的整數，所述通過多個基準傳遞相機獲得每個相機觀測站的晃動量，包括：

通過N個基準傳遞相機包括的N個相機觀測(N-1)個標志單元，得到所述N個基準傳遞相機中任意兩個相鄰的基準傳遞相機的初始剛體變換矩陣，所述初始剛體變換矩陣包括旋轉矩陣和平移向量；

獲取目標基準傳遞相機，所述目標基準傳遞相機為所述N個基準傳遞相機中的任意一個；

根據所述N個基準傳遞相機中任意兩個相鄰的基準傳遞相機的初始剛體變換矩陣和預存的剛體變換關系公式獲得所述目標基準傳遞相機至每個基準傳遞相機的最終剛體變換矩陣，所述每個基準傳遞相機為所述N個基準傳遞相機中的任意一個；

根據所述目標基準傳遞相機至每個基準傳遞相機的最終剛體變換矩陣獲得每個相機觀測站的晃動量。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，每個測量相機陣列包括多個測量相機，所述多個測量相機的焦距各不相同，所述多個測量相機與所述多個待測點一一對應；每個基準傳遞相機包括相機和標志單元；所述每個測量相機陣列滿足所述每個測量相機陣列所處相機觀測站的第一前提條件；所述每個基準傳遞相機滿足所述每個基準傳遞相機所處相機觀測站的第二前提條件；

其中，所述第一前提條件包括多個測量相機中的每個測量相機的內參數；

所述第二前提條件包括相機相對于其所處相機觀測站的位置姿態參數、標志單元相對于其所處相機觀測站的位置姿態參數。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述通過所述至少兩個串聯相機觀測站網絡中處于同一相機觀測站組的兩個測量相機陣列對其對應的多個待測點進行前方交會測量，得到多個三維坐標，包括：

通過所述至少兩個串聯相機觀測站網絡中處于同一相機觀測站組的兩個測量相機陣列對其對應的多個待測點進行前方交會測量，得到每個測量相機相對于所述全局坐標系的位置和姿態，所述每個測量相機為所述兩個測量相機陣列中的每個測量相機陣列包括的多個測量相機中的任意一個；

根據所述每個測量相機相對于所述全局坐標系的位置和姿態以及所述每個測量相機的內參數確定所述每個測量相機的投影矩陣和理想像點；

根據所述每個測量相機的投影矩陣和理想像點以及預存的超定線性方程組確定多個三維坐標。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據任意兩個時刻得到的所有三維坐標確定所述待測隧道在所述任意兩個時刻之間的三維變形量，包括：

獲取待測點A在任意兩個時刻的第一三維坐標和第二三維坐標，所述待測點A為所述多個待測待中的任意一個；

計算所述第一三維坐標與所述第二三維坐標的差值的絕對值，得到目標三維變形量；

將所述目標三維變形量確定為所述待測隧道在所述任意兩個時刻之間的三維變形量。