利用数字图像处理技术监测隧道变形的探索研究

【摘要】隧道具有缩短交通距离、对环境影响较小等优点,因此广泛应用于城市地铁、穿山越岭或越江铁路、公路及水利等工程。然而,由于隧道处于复杂的地质条件环境,隧道施工安全灾害事故时有发生,造成重大的人员伤亡和经济损失。现有的监测方法受现场条件限制,往往不能很好反映隧道变形情况或不便于推广应用。随着科学技术的进步,数字图像的分辨识别技术不断提高且用途越来越广泛。本文对利用数字图像处理技术监测隧道变形的理论和方法进行了探讨,主要工作内容如下：(1)对目前隧道变形监测方法的国内外发展和研究现状进行了详细阐述,指出了当前监测方法的局限性；同时,对数字图像处理技术应用于隧道变形监测的国内外发展与研究现状进行了详细分析,得出该方法存在的问题,提出了本文研究的数字图像处理技术监测隧道变形主要内容。(2)通过对数字图像处理技术等理论进行了简要的论述,讨论了拟合法与重心法这两种目标标志点图像亚像素定位方法,并编写了目标标志点图像亚像素定位程序,且通过实验数据验证了像素坐标提取的可靠性与准确性；阐述了数字图像处理技术监测隧道变形方法的原理、镜头畸变的影响及标定像元的方法。(3)利用相机进行了一系列的探索研究,比较重心亚像素定位法与拟合亚像素定位法这两种目标图像标志点定位法,得出重心定位法的精度较高；得出目前镜头畸变对目标分辨率的影响是不明显的；标定长度的大小对目标分辨率的影响较小,可以忽略；同时摄影距离一定时,目标分辨率与焦距成反比关系。(4)通过模拟隧道内的环境并进行监测实验,验证了在一定条件下利用数字图像处理技术监测隧道变形的方法量测水平位移和垂直位移的精度均小于±0.5mm,符合《城市轨道交通工程测量规范》(GB50308-2008)水平位移±3mm、垂直位移±0.5mm的精度要求。通过深入的理论和实验研究,可知利用数字图像处理技术监测隧道变形是可行的,且精度较高。该方法还存在不足之处：在实际隧道复杂的环境中,应保证成像设备安装的稳定性,且保持成像平面与隧道断面平行。
【作者】陈运贵；
【导师】王国辉；
【作者基本信息】广东工业大学，结构工程，2014，硕士
【关键词】图像处理；隧道变形；监测技术；精度；

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