路基沉降位移传递像机链摄像测量的关键技术研究

【摘要】：铁路、桥梁、隧道、楼房、堤坝等基础设施路基的微小变形,可能会造成路面、壁面以及堤坝等产生裂缝,影响人们日常生活,严重者将导致坍塌事故,造成重大财产损失和人员伤亡。因此迫切需要研究开发出能够自动、实时对路基进行监测的方法和系统,并建立相应的预警机制,防患于未然。路基沉降位移传递像机链摄像测量方法克服了现有路基监测方法的不足,借助多头像机约束关系和位移传递原理,可同时测得路基的沉降、俯仰以及旋转变化。本文针对路基沉降位移传递像机链摄像测量的关键技术进行了研究。为提高摄像测量的自动化程度,就像机全自动标定方法进行了研究,可通过自动提取、自动匹配和高精度解算三步完成;主要针对自动匹配问题,提出了焦距一致自动匹配算法和残差最小自动匹配算法;数字仿真验证了标志点自动匹配算法的可行性。将摄像测量方法应用于路基沉降监测,针对测量单元、位移传递链路以及监测系统进行了设计;在假设和约束条件下,建立了双头像机路基单侧沉降监测模型;进行了大量的数字仿真,验证了路基沉降位移传递像机链摄像测量方法的正确性,并分析得到像点误差、传递级数、稳定点位置对测量精度的影响。利用多头像机固连关系以及初始时刻像机系xcz平面不水平度对监测模型进行改进,得到了改进的双头像机监测模型和广义多头像机监测模型,数字仿真得到改进的监测模型能得到更好的监测结果。分析第三章中仿真结果随着位移传递级数增加误差不断增加的原因,得到监测模型系数矩阵条件数过大的结论;给出了主成分分析算法的原理,数字仿真验证了将主成分分析算法用于监测模型解算的可行性,与最小二乘算法的计算结果比较得到主成分分析算法能更好的解决该问题。设计了路基沉降位移传递像机链摄像测量实物实验,实验结果验证了该测量方法的正确性及工程实用性,并对实验结果误差进行了分析。路基沉降位移传递像机链摄像测量方法可根据测量目的和测量环境的不同设计相适应的合作标志、多头像机以及位移传递链路,适用性强,具有重要的理论研究意义和广泛的应用前景。
【关键词】：路基沉降监测 全自动标定 位移传递 多头像机 自动匹配
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U418.5;TP391.41