申请/专利权人：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司

申请日：2018-06-25

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN108534701B

主分类号：G01B11/16

分类号：G01B11/16;G01C11/00;G01C15/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2018.10.16#实质审查的生效;2018.09.14#公开

摘要：本发明公开了一种洞室收敛监测摄影测量结构及方法，洞室断面内设置至少一个收敛测点；所述收敛测点上安置有基尺，且所述基尺与所述洞室断面平行；所述洞室断面前方设置有相机。本发明较好地处理了摄影测量中基点问题，将复杂的摄影测量数据处理问题简单化，提供了一种快速、高效、高精度的洞室收敛的监测手段。

主权项：1.一种洞室收敛监测摄影测量结构，其特征在于，洞室断面1内设置至少两个收敛测点4；所述收敛测点4上安置有基尺3，且所述基尺3与所述洞室断面1平行；所述洞室断面1前方设置有相机2；摄影时，所述收敛测点4上设有基尺标志；所述基尺3包括基尺杆31；所述基尺杆31上设有多个基尺标志32；所述基尺杆31一端通过连接件固定于围岩面35的监测点岩体上，且所述基尺杆31与所述围岩面35垂直；所述连接件包括螺母33和膨胀螺栓34；所述膨胀螺栓34通过钻孔垂直于所述围岩面35安装在监测点岩体上；所述螺母33一端与所述膨胀螺栓34连接，另一端与所述基尺杆31连接；所述基尺3由石墨杆加工而成；1利用下式获取首次测量实际距离 其中，A0为设置于洞室断面1上的收敛测点A首次测量的基尺长度；B0为设置于洞室断面1上的收敛测点B首次测量的基尺长度；TA、TB分别为收敛测点A、B处的基尺精密长度；AB0为收敛测线AB长度的像素值；所述收敛测线即两个收敛测点4之间的连线；2计算第n次测量的实际距离 An为设置于洞室断面1上的收敛测点A第n次测量的基尺长度；Bn为设置于洞室断面1上的收敛测点B第n次测量的基尺长度；3收敛测线AB的第n个周期监测的收敛值为

全文数据：洞室收敛监测摄影测量结构及方法技术领域[0001]本发明涉及工程安全监测领域，特别是一种洞室收敛监测摄影测量结构及方法。背景技术[0002]工程建筑中洞室施工是最常见的工程结构类型，水电站的地下工程、城市轨道交通的盾构法形成的隧道、水利工程的引水隧道等可以说是无处不在，洞室在施工和运行过程中的监测是必须的，其中收敛监测是非常重要的手段，通常有洞室监测就有收敛监测，以目前的技术手段，有收敛计配合收敛测粧、全站仪配合常规手段、巴赛特收敛系统以及光纤光栅监测等高新技术。收敛计方法原理简单直观，但当洞室较大或施工作业面离测点较低时，操作起来相当困难;全站仪配合棱镜方法要求工作基点相对固定，但洞室施工期很难有固定的基点提供，加之数据处理工作量大、棱镜保护困难等因素限制了该方法的应用范围；巴赛特收敛系统和光纤光栅监测的高投入只能在极个别工程应用不是常规方法。[0003]传统近景摄影测量方法在洞室变形监测中有过应用，但都不成功，主要原因之一是摄影像对立体摄影必须是像对）中没有共同的像控点（基点）不能对影像对进行相对定向，只能依据摄影基点（测站进行相对定向，而对于洞室监测特别是施工过程中的洞室监测，其固定基点很难找到，因此传统摄影测量方法精度有限，数据处理模型和过程非常繁杂，精度也很难达到理想的状态。发明内容[0004]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种洞室收敛监测摄影测量结构及方法，提高测量精度，简化处理过程。[0005]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种洞室收敛监测摄影测量结构，洞室断面内设置至少一个收敛测点;所述收敛测点上安置有基尺，且所述基尺与所述洞室断面平行;所述洞室断面前方设置有相机;摄影时，所述收敛测点上设有反光标志。[0006]所述相机的摄影轴垂直于所述洞室断面，提高拍摄精度[0007]所述收敛测点数量为3个，所述3个收敛测点两两之间的连线构成等边三角形，且摄影时，拍摄的照片有多幅重叠，每个幅面中至少有2个以上收敛测点。[0008]利用首次监测的收敛测线长度和第η个周期监测的收敛测线长度之差求得第η个周期收敛测线的变形值;所述收敛测线即两个收敛测点之间的连线。[0009]所述相机距离所述洞室断面12m。[0010]所述基尺包括基尺杆;所述基尺杆上设有多个基尺标志；所述基尺杆一端通过连接件固定于围岩面的监测点岩体上，且所述基尺杆与所述围岩面垂直。[0011]所述连接件包括螺母和膨胀螺栓;所述膨胀螺栓通过钻孔垂直于所述围岩面安装在监测点岩体上;所述螺母一端与所述膨胀螺栓连接，另一端与所述基尺杆连接。[0012]相应的，本发明还提供了一种洞室收敛监测摄影测量方法，其包括以下步骤：[0013]1利用下式获取首次测量实际距i^Sabo:[0015]其中，Ao为设置于洞室断面上的收敛测点A首次测量的基尺长度;Bo为设置于洞室断面上的收敛测点B首次测量的基尺长度;Ta、Tb分别为收敛测点A、B处的基尺精密长度;AB0为相机拍摄的洞室断面的照片上收敛测线AB的长度；[0016]2计算第N次测量的实际距离SABn:[0018]An为设置于洞室断面上的收敛测点A第η次测量的基尺长度;Bn为设置于洞室断面上的收敛测点B第η次测量的基尺长度；[0019]3收敛测线AB的第N个周期监测的收敛值为[0020]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为:本发明较好地处理了摄影测量中基点问题，将复杂的摄影测量数据处理问题简单化，提供了一种快速、高效、高精度的洞室收敛的监测手段。附图说明[0021]图1为本发明结构不意图；[0022]图2为本发明数据处理示意图一；[0023]图3为本发明数据处理示意图二；[0024]图4为本发明试验结果图；[0025]图5为本发明基尺结构示意图。具体实施方式[0026]如图1，本发明基本工具为基尺和摄影器材，基尺采用低膨胀材料制成，两端有明显的标志点，标志点采用反光材料制成，作为摄影测量标志点;摄影器材为全幅面高像素单反相机，相配大光圈中、短焦距定焦镜头，并配套反光灯。对于洞室断面1，有若干个安置基尺的收敛测点2,基尺垂直安置在每一个设计的收敛测点上，且与断面平行，反光标志朝向摄影点，摄影前安置、完成后取下，不影响洞室施工，施工也不会导致基尺损坏，摄影工作前先对布置在监测断面各基尺进行检查，基尺是否平行于断面、摄影作业时是否通视状态良好、影像反光标志是否清晰，摄影时根据镜头焦距和断面大小选择离断面适当距离采用高像素数码单反相机3对监测断面进行摄影，尽量使摄影轴垂直于断面，首次和周期监测摄影后取得照片，如果断面测点较多，应多幅重叠并保证每个幅面中有2个或2个以上测点，同时拍摄时同幅面多拍几张以便处理时选择最佳效果照片。[0027]与其它监测手段类似，基于基尺洞室收敛监测摄影测量方法也是重复测量。[0028]如图2和图3,摄影测量照片是高像素数码照片，处理时，首次摄影测量照片可以识另U出如下数据，即：[0029]测点A的基尺长度像素值A0;[0030]测点B的基尺长度像素值B0;[0031]测点C的基尺长度像素值Co;[0032]测线AB长度的像素值AB0;[0033]测线AC长度的像素值AC0;[0034]测线BC长度的像素值BC0;[0035]由于基尺长度是固定的且各基尺基本一致，基尺精密长度为1^、1^、1^，因此可以通过下式求得AB、AC和BC的首次测量实际距尚Sabq、Sacq和Sbco:[0039]与首次摄影测量照片处理相同，可以对第N次摄影测量照片作同原理处理，可以得到AB、AC和BC的第N次测量的实际距离SABn、Saq1和SBCn:[0043]为此，达到了洞室收敛监测的目的。比如AB测线的第N期监测的收敛值为[0044]本发明试验实例为某水电工程交通洞某监测断面，洞室拱顶高度约8m，边墙距离约6m，该断面顶部为圆弧型、下部为方形，断面布置有3个测点的收敛监测，分别为拱顶和2边墙，即3条收敛线，3个测点分别加工了3套基尺，每套基尺对应相应编号测点，重复测量时不交叉使用，消除系统性固定误差。[0045]作业前，在设计的收敛断面收敛测点位置垂直岩面方向采用冲击钻钻孔Φ10mm，安装MlO不锈钢膨胀螺栓，要求坚固螺丝后螺杆能有不少于8.Omm露头以便安装基尺，如长度不够可将膨胀螺栓的螺丝换成薄片螺丝以保证足够的露头长度。基尺采用Φ8.Omm低膨胀轻质量石墨杆加工，基尺杆长度800mm，每根基尺两端有红白相间的6型标志，并配套基尺基座螺丝和膨胀螺栓用于安装，通过钻孔垂直围岩面安装在监测点处，安装时注意保证螺栓与岩面的垂直性，使基尺安置后与监测断面基本处于同一个平面，摄影作业前在各测点安置基尺，并调整标志方向尽量朝向摄影点，摄影后将基尺取下并妥善保管，每次基尺对应编号测点安置。[0046]试验采用高像素全幅面数码相机配套佳能6DMARKII配套1.4光圈50mm定焦镜头，摄影距离大于IOm即可对断面进行全面摄影，由于施工光源可以正常拍摄，未采用辅助光源，在距离断面约12m处洞室地面手持相机进行了连续自动模式拍摄，照片效果良好，按监测设计要求每3天进行了一次拍摄，共进行了为期一个月10期对比试验，拍摄时均摄影位置基本不变，同时保证照片清楚、效果良好，与此同时采用了传统的收敛计方法进行了量测，以验证基于基尺洞室收敛监测摄影测量方法的可行性。[0047]数据处理时，先采用AutoCAD量测各期照片各要素的长度值测点A、B、C的基尺长度像素值A、B、C以及测线AB、AC、BC的像素值AB、AC、BC;根据上述公式计算出测线实际距离SAB、Sac和SBC。首次监测的测线长度与周期监测的测线长度之差就可以得出各测线各周期的收敛测线的变形值。试验成果如图4。[0048]试验结果表明，一种基于基尺洞室收敛监测摄影测量方法能达到110000相对精度，对于IOm以内的洞室，收敛精度能达到±1.0mm，满足监测精度要求。[0049]经实际工作验证，基于基尺洞室收敛监测摄影测量方法，有益效果是：[0050]1原理简单、配套设备成本低；[0051]2不影响施工，同时也不受施工影响；[0052]3数据处理简便，能快速处理和反馈。[0053]4本发明基尺安置在每一个设计的收敛测点上，且与断面平行，基尺采用低膨胀材料制成，两端有明显的标志点，标志点采用反光材料制成，用于摄影相片识别。[0054]本发明的基尺结构如图5所示，其由基尺杆31、基尺标志32、基尺底端螺母33和膨胀螺栓34等组成，膨胀螺栓34通过钻孔垂直岩体面35安装在监测点岩体，并坚固，同时要求外露螺丝部分足够用于安装基尺杆。[0055]基尺杆采用Φ8.Omm低膨胀轻质量石墨杆加工，基尺杆长度600mm，两端切口平整，基尺标志采用1.0mm厚铝合金板加工，直径为60mm圆形，标志上有δ型图标，基尺底端螺母采用Φ20.Omm黄铜加工也可以采用不锈钢材料加工），长度35mm,—端加工Φ8.Omm深IOmm圆孔，可将基尺杆置入圆孔中，另一端加工M10.Omm深20mm螺孔，用于与膨胀螺栓连接。加工完成后装配，先将2个基尺标志分别采用万能胶粘贴在基尺杆两端，其中一端留有IOmm杆头，另一则杆头与其中一个基尺标志粘合，要求2个标志中心与杆中心线重合，且要求2个标志的标志面完全在一个平面上，之后将留有标头一端插入基尺底端螺母的圆孔中，要求插入到孔底，且要求基尺杆能旋转以便调整标志对准摄影点方向但不能松动。[0056]摄影作业前，在设计的收敛断面收敛测点位置垂直岩面方向采用冲击钻钻孔Φ1〇_，安装MlO不锈钢膨胀螺栓，要求坚固螺丝后螺杆能有不少于8.Omm露头以便安装基尺，如长度不够可将膨胀螺栓的螺丝换成薄片螺丝以保证足够的露头长度。[0057]实例为某水电工程交通洞某监测断面，洞室拱顶高度约8.0m，该断面顶部为圆弧型、下部为方形，断面布置有3个测点的收敛监测，分别为拱顶和2边墙，S卩3条收敛线，3个测点分别加工了3套基尺，每套基尺对应相应编号测点，不交叉使用，消除系统性固定误差。[0058]作业前在测点处安装膨胀螺栓，安装注意保证螺栓与岩面的垂直性，使基尺安置后与监测断面基本处于同一个平面，为保证数据处理的严密性，摄影作业前在各测点安置基尺，并调整标志方向尽量朝向摄影点，摄影后将基尺取下并妥善保管，每次基尺对应编号测点安置。

权利要求：1.一种洞室收敛监测摄影测量结构，其特征在于，洞室断面（1内设置至少一个收敛测点（4;所述收敛测点⑷上安置有基尺3，且所述基尺3与所述洞室断面（1平行;所述洞室断面⑴前方设置有相机2;摄影时，所述收敛测点⑷上设有反光标志。2.根据权利要求1所述的洞室收敛监测摄影测量结构，其特征在于，所述相机2的摄影轴垂直于所述洞室断面1。3.根据权利要求1所述的洞室收敛监测摄影测量结构，其特征在于，所述收敛测点（4数量为3个。4.根据权利要求3所述的洞室收敛监测摄影测量结构，其特征在于，所述3个收敛测点4两两之间的连线构成等边三角形，且摄影时，拍摄的照片有多幅重叠，每个幅面中至少有2个以上收敛测点。5.根据权利要求4所述的洞室收敛监测摄影测量结构，其特征在于，利用首次监测的收敛测线长度和第η个周期监测的收敛测线长度之差求得第η个周期收敛测线的变形值;所述收敛测线即两个收敛测点⑷之间的连线。6.根据权利要求1所述的洞室收敛监测摄影测量结构，其特征在于，所述相机2距离所述洞室断面I12m。7.根据权利要求1所述的洞室收敛监测摄影测量结构，其特征在于，所述基尺3包括基尺杆31;所述基尺杆31上设有多个基尺标志（32;所述基尺杆31—端通过连接件固定于围岩面35的监测点岩体上，且所述基尺杆31与所述围岩面35垂直。8.根据权利要求6所述的洞室收敛监测摄影测量结构，其特征在于，所述连接件包括螺母33和膨胀螺栓34;所述膨胀螺栓34通过钻孔垂直于所述围岩面35安装在监测点岩体上;所述螺母33—端与所述膨胀螺栓34连接，另一端与所述基尺杆31连接。9.一种洞室收敛监测摄影测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1利用下式获取首次测量实际距离Sabo:其中，Ao为设置于洞室断面1上的收敛测点A首次测量的基尺长度;Bo为设置于洞室断面（1上的收敛测点B首次测量的基尺长度;Ta、Tb分别为收敛测点A、B处的基尺精密长度；AB0为相机⑵拍摄的洞室断面⑴的照片上收敛测线AB的长度；2计算第N次测量的实际距离SABn:An为设置于洞室断面1上的收敛测点A第η次测量的基尺长度；Bn为设置于洞室断面1上的收敛测点B第η次测量的基尺长度；3收敛测线AB的第N个周期监测的收敛值为^~=知0。-知。

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