构件变形监测近景摄影测量方法研究

摘要

由于非量测相机具有成本低、分辨率高、数据采集简便和处理快速等优点已经得到广泛的使用。本文将非量测相机应用于测量混凝土表面变形和低碳钢拉伸变形等试验中，这些物体变形微小不易测量，用摄影测量的方法获取高精度的数据具有挑战，所以本文从以下几个方面进行了研究:
　　(1)由于相机参数的精度对解算物方坐标的精度影响特别大，所以要满足高精度的测量任务，首先要对非量测相机进行准确检校，获得高质量的相机参数和镜头畸变参数。本文采用综合利用二维检校板和三维检校场的方法，这种方法无需控制点的物方坐标就可以算出相机参数，具有方便快速的优点。
　　(2)由于混凝土试验和低碳钢试验是动态的，所以应用无线电子快门控制两台或多台相机同步曝光获取数据，两台相机的曝光时间差会影响到测量的精度，所以本文对两台相机的同步精度进行了测试，研究其是否能够满足动态物体的测量要求。试验方法是用相机拍摄电脑屏幕，屏幕中还有一个电子计时器，根据屏幕刷屏频率和计时器的时间准确测量各相机的曝光时间，然后确定曝光时间差。
　　(3)本文还研究应用佳能5D相机获取数据，采用相对控制时所能达到的最高精度，精度验证是通过游标卡尺来实现的，游标卡尺的精度为0.02mm，游标卡尺外测量爪每次移动一个已知的距离，然后和摄影测量数据比较，确定摄影测量的精度。
　　(4)将非量测相机应用到混凝土表面的变形试验中，首先布设控制点和相机，用两台相机同步获取数据，根据混凝土运动的速度确定相机曝光的时间间隔。在数据处理时，自动跟踪和匹配混凝土表面的特征点，获取各个时刻的混凝土表面的特征点的物方坐标，然后分析特征点在X、Y、Z各个方向上的变形随时间的变化曲线，以及特征点在混凝土表面上的变形大小和方向，最后确定整个表面的变形量。各个特征点的测量精度可以通过位移计来验证。
　　(5)将非量测相机应用到低碳钢的拉伸试验中，低碳钢是上下方向变形，与混凝土前后方向变形有所不同。用两台相机同步记录低碳钢拉伸过程然后跟踪和匹配低碳钢表面的特征点，对特征点的变形进行分析，其精度可以通过位移计和拉力机的数据得到验证。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内近景摄影测量的研究现状

1．2．2 国外近景摄影测量的研究现状

1．3 研究主要技术路线与方法

1．4 研究主要内容与结构安排

2 近景摄影测量原理

2．1 近景摄影测量的基本概念

2．1．1 坐标系转换

2．1．2 影像的内外方位元素

2．1．3 共线条件方程

2．1．4 共面条件方程

2．2 近景摄影测量的解析处理方法

2．2．1 直接线性变换解法

2．2．2 空间后方交会-前方交会解法

2．2．3 相对定向-绝对定向解法

2．2．4 光线束法平差解法

3 非量测型数码相机的检校

3．1 检校内容

3．2 Canon 5D相机的检校试验

3．2．1 二维检校及结果分析

3．2．2 三维检校

3．2．3 相机检校的精度评价

4 构件变形监测及精度分析

4．1 PhotoModeler软件平台介绍

4．2 相机同步摄影研究

4．2．1 同步摄影控制装置

4．2．2 测试同步精度

4．3 非量测相机的精度分析

4．3．1 试验方案

4．3．2 数据分析

4．4 三维模型重建试验

4．4．1 建模流程及结果

4．4．2 试验分析

4．5 混凝土构件变形试验

4．5．1 实施方案

4．5．2 试验数据处理及分析

4．6 低碳钢构件拉伸试验

4．6．1 实施方案

4．6．2 试验数据处理及分析

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的主要成果