阅读说明：本技术 基于地面稳定平台的流域库岸形变近景摄影测量监测方法 (Basin library bank deformation close-range photogrammetry monitoring method based on ground stabilized platform ) 是由 周伟 常晓林 程翔 周志伟 马刚 程家林 于 2019-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于地面稳定平台的流域库岸形变近景摄影测量监测方法,属于边坡监测研究领域,涉及对边坡位移、变形测量的试验仪器和方法。其装置包括固定摄像机、控制点组件以及GPS定位系统。通过四台固定在边坡对岸的摄像机对边坡上布置的控制点进行图像提取,使用GPS系统对控制点进行定位,并获取其坐标。本发明装置将近景摄影测量系统与GPS技术相结合,通过近景摄影测量原理将普通数码相机应用到流域库岸的变形监测中,扩展了摄影测量的应用范围,同时提高了边坡监测工作的效率和安全性,实现了流域库岸监测工作的自动化和信息化。最后,将该系统应用于实际工程中,将极大提高工做效率以及降低工作成本,节约工作时间。(The basin library bank deformation close-range photogrammetry monitoring method based on ground stabilized platform that the present invention provides a kind of, belongs to slope monitoring research field, is related to side slope displacement, the test apparatus of deformation measurement and method.Its device includes fixed video camera, control point component and GPS positioning system.It is fixed on the control point arranged in the video camera side slope on side slope opposite bank by four and carries out image zooming-out, control point is positioned using GPS system, and obtain its coordinate.Apparatus of the present invention combine close range photogrammetric system with GPS technology, ordinary digital camera is applied in the deformation monitoring of basin library bank by close-range photogrammetry principle, extend photogrammetric application range, the efficiency and safety for improving slope monitoring work simultaneously, realize the automation and informationization of the bank monitoring of basin library.Finally, the system is applied in Practical Project, work will be greatly improved and do efficiency and reduce job costs, save the working time.)

基于地面稳定平台的流域库岸形变近景摄影测量监测方法

技术领域

本发明涉及边坡监测研究领域，具体是指一种基于地面稳定平台的流域库岸形变近景摄影测量监测方法。

背景技术

近几十年来，随着大批水利工程的持续建设，在项目的施工时或竣工后的运行期，会出现大量的边坡，保证流域库岸的稳定是工程项目中重要一环。流域库岸的滑动会毁坏水渠管道，破坏大坝、水电站、变电站以及其他设施。崩塌、滑坡体落入水库中常造成水库淤积，极有可能形成堰塞湖，严重危及下游地区人民群众的生产，生活安全。因此，对于流域库岸的形变监测具有十分重要的意义。

早在一百多年前，美国对于边坡的监测就已经开始，第二次世界大战后欧洲各国兴建了大批的工程建筑，但由于建设速度过快，施工质量缺乏有效的保证，大量建筑存在安全问题，并以边坡的失稳滑动为主。这些边坡失稳问题造成了大量的经济损失和人员伤亡。

建国后，我国开始兴建一些水利工程，对于库岸边坡的监测需求急剧增加。由于当时监测仪器和监测技术的缺乏，对边坡的监测主要是直接观察并辅以经验判断，看边坡有无明显裂缝来确定边坡是否安全。由于这种直接观测的方法不够可靠，因此我国从80年代初开始引进和研制监测仪器并研究检测方法，用于边坡的安全监测研究。依靠国家的大力支持以及工程工作者们的辛勤工作，我国的监测仪器、技术、方法等都取得了重大突破，测量精度得到了极大地提升。在建国后的六十多年里，我国在边坡变形监测领域，取得了丰富的研究成果和应用经验。

自边坡监测出现的一百多年来，国内外积累了大量的监测经验并发明了多种检测方法。

张祖勋以“多基线交向摄影”技术获得了较传统非量测相机交会精度与影像匹配自动化高的结果。柯涛利用旋转多基线数字近景摄影测量方法提高了测量精度；缪志选成功的在大比例尺地形图上应用了多基线数字近景摄影测量系统；刘昌军通过改进算法开发了新型数据处理软件LPCP，提高了数据处理的效率；孙华芬基于三维位移矢量场图分析方法进行变形分析，实现了精准的监测和预报；庞伟军通过BODTA光纤传感技术验证了边坡变形监测中应用的可靠性；王宝军验证了布里渊散射光时域反射测量技术在工程健康监测中所发挥的重要作用；Japanese Geotechnical开发了无线传感单元与微电子机械系统倾斜传感器早期预警系统并得到了可行的验证。

目前国内外存在的测量方法有：大地测量法、仪表观测法、GPS观测法、近景摄影测量法等。传统的测量方法包括大地测量法和仪表观测法两种，大地测量法的覆盖范围较广、可测边坡形变区间大还可以确定边坡工程的形变绝对值；仪表观测法可以测得库岸边坡表面和内部的形变和位移。但两种测量方法都存在着一定的不足，如：大地测量法会受到地形条件的限制和气象条件的限制，在地形崎岖的地带，大地测量法无法到达或穿过，同时在雨雪、雾靈、强风等恶劣天气下无法进行测量，而且大地测量法还有操作不便，工作量大，要求专业仪器等缺点。仪表观测法的缺点是该方法用到的仪表必须接触到边坡实体，属于接触式测量，测量范围小，无法全边坡覆盖，只能测得埋设地的数据，而且有量程限制，不能全程监测边坡形变，一旦边坡发生滑动破坏等大范围位移，仪器容易遭到破坏，无法连续使用。

目前常用的一种新型检测技术是GPS检测技术，GPS最初是美国用于军方的导航服务，随着该技术的迅速发展，在工程中GPS也到了广泛的应用。杨志勇和刘建宇利用可视化技术，建立了一套针对边坡监测的GPS动态监测预警系统，取得了很好效果；王涛在分析阿海水电站库区滑坡数据后，认为GPS在地形复杂的山区能有效监测滑坡体。Gaffet通过地震仪与GPS两种方法测得的数据进行分析，认为GPS在边坡位移监测中是可靠的。

近景摄影测量监测技术在近年来得到了更加广泛的应用，它实时又快速。陈明建通过实验边坡的监测证明了近景摄影测量监测技术在边坡变形监测中的应用优势；周海平提出能显要表达整体变形的近景摄影测量技术，通过实验得到了很好的验证；Jian-weiLiu基于近距离摄影测量技术，结合真比例尺输电塔的实验，验证了该方法可以满足大规模细致的变形监测的效率和精度要求的任务。刘楚乔通过近景摄影测量监测技术，并建立三维模型实现了边坡形变的测量。吴亮清通过亚像素算法对相机摄得的照片处理后，再利用摄影测量解析计算变形，得到的结果与实际变形非常接近。刘後頰通过对普通数码相机摄得的图像进行处理，实现了位移测量的目标。近景摄影测量监测方法用普通相机将流域库岸的相片拍摄后输出到计算机终端，并结合GPS技术得到流域库岸控制点的坐标，实现施工区域监测工作的自动化和信息化；相对于大地测量法和仪表观测法，近景摄影测量监测法能够在地形情况复杂甚至恶劣的条件下使用，没有过多的地形限制条件；近景摄影测量监测法属于非接触式测量方法，测量范围较大，可以全边坡覆盖；同时，它能够在短时间内捕捉大量的图像信息，并实现图像信息的自动传输，捕捉的图像能够重复利用。

发明内容

鉴于传统测量方法的不足，本发明的目的是提供一种基于地面稳定平台的流域库岸形变近景摄影测量监测方法，测量范围较大，并能够在短时间内捕捉大量的图像信息，将图像重复利用。

为实现上述目的，本发明提供的基于地面稳定平台的流域库岸形变近景摄影测量监测方法，其特征在于：它包括如下步骤：

(1)确定监测变形的流域岸坡：首先确定工程所在流域范围，确定测量监测流域的起止位置；

(2)相机摆放位置规划：根据所确定的流域范围和监测起止位置，将四架具有数据无线传输功能的单反相机组成一条立体观测基线放置于距流域库岸500米以内的岸边，相机摆放时，要求在对岸呈一条与库岸平行的水平直线摆放；用于拍摄的单反相机为拥有2420万有效像素、数据无线传输功能的单反相机，该单反相机可作为数据拍摄和自动传输的平台；

(3)布置人工标识点：通过人工布置的标志物作为控制点均匀分布在所测量的流域库岸范围内，便于地理编码和精度评定；在监测流域库岸两侧均匀、分散布置尺寸为60cm×60cm的白底黑三角矩形板作为人工标志点，且所布置的人工标识点数量大于10个；

(4)调整相机参数与拍摄：通过调整所述相机的曝光时间，焦距，光圈三个参数以拍摄获取最佳的相片质量；同时，在常规时期每天8-18时共拍摄十张相片，在汛期或危险期每隔5-10分钟拍一张相片。

作为优选方案，所述步骤(2)相机摆放位置规划中，保证相邻两个单反相机摆设的图像信息有60％以上的重叠，单反相机拍摄的图像通过自动无线传输到接收端。

本发明的方法应用于流域库岸。近几十年来，随着大批水利工程的持续建设，在项目的施工时或竣工后的运行期，会出现大量的边坡，保证流域库岸的稳定是工程项目中重要一环；流域库岸一旦发生滑动，可能在流域内形成堰塞湖，一旦堵塞物被破坏，湖水便漫溢而出，倾泻而下，形成洪灾，极其危险；伴随次生灾害的不断出现，堰塞湖的水位可能会迅速上升，有可能导致重大洪灾，灾区形成的堰塞湖一旦决口后果严重，堰塞湖一旦决口会对下游形成洪峰，破坏性不亚于灾害的破坏力；目前国内外存在的测量方法有：大地测量法、仪表观测法、GPS观测法、近景摄影测量法等；传统的测量方法有大地测量法和仪表观测法，但两种测量方法都存在着一定的不足，如：大地测量法会受到地形条件的限制和气象条件的限制，在地形崎岖的地带，大地测量法无法到达或穿过，同时在雨雪、雾靈、强风等恶劣天气下无法进行测量，而且大地测量法还有操作不便，工作量大，要求专业仪器等缺点；仪表观测法的缺点是该方法用到的仪表必须接触到边坡实体，属于接触式测量，测量范围小，无法全边坡覆盖，只能测得埋设地的数据，而且有量程限制，不能全程监测边坡形变，一旦边坡发生滑动破坏等大范围位移，仪器容易遭到破坏，无法连续使用；因此，为了将上述制约性降低到最小，一种新的测量方法就应运而生，即近景摄影测量监测方法；近景摄影测量监测方法用普通相机将流域库岸的相片拍摄后输出到计算机终端，并结合GPS技术得到流域库岸控制点的坐标，实现施工区域监测工作的自动化和信息化；相对于大地测量法和仪表观测法，近景摄影测量监测法能够在地形情况复杂甚至恶劣的条件下使用，没有过多的地形限制条件；近景摄影测量监测法属于非接触式测量方法，测量范围较大，可以全边坡覆盖；同时，它能够在短时间内捕捉大量的图像信息，并实现图像信息的自动传输，捕捉的图像能够重复利用。

本发明的优点及有益效果如下：

(1)本发明提供一种基于近景测量的方法监测流域库岸形变的测量装置；

(2)本发明所提供的方法可以根据监测的需要随时进行大范围、高精度的流域库岸形变监测；

(3)本发明装置采用多组相机组成立体观测基线，并使相邻相机拍摄的照片重叠率到达70％，可以有效扩大测量控制范围并提高测量精度。

(4)本发明所提供的方法可以大幅降低前期数据采集的经费，降低监测后期维护费用，有着巨大的经济和社会效益。

(5)本发明所提供的方法采用近景摄影测量的手段，并辅以GPS监测技术，对重点工程建设区域的流域库岸变形进行高效率、高精度的监测，从而达到遏制灾害、减轻灾害损失、稳定社会秩序的目的，对于近景摄影测量技术在水利水电行业进行推广应用意义重大。

附图说明

图1是基于地面稳定平台的流域库岸形变近景测量方法示意图；

图2为本发明中用作控制点的标志物示意图。

图3为本发明方法流程示意图。

图中：单反相机1；控制点标志物2。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施做进一步的详细描述。

以下参照附图对本发明所涉及的一种基于地面稳定平台的流域库岸形变近景测量方法作详细阐述。以下实施例中未详细阐述的部分均属于现有技术。

如图1所示，本发明所涉及的一种基于地面稳定平台的流域库岸形变近景测量方法包含以下5个步骤：

(1)首先确定需要监测的流域库岸坡面，在坡面对面搭建稳定的摄影平台。

(2)在所需监测的坡面空间上均匀布置十个以上的控制点，用于地理编码和精度评定，控制点标志物的尺寸为60cm×60cm。

(3)在坡面对面的稳定平台上水平摆放四个与坡面平行的单反相机，并寻找合适的角度对坡面进行试拍，以此来调整拍摄角度和相机参数以及相邻相机间的间距，摆设间距要保证相邻两个相机拍摄的图像信息约有70％的重叠。

(4)对所监测的坡面进行自动拍摄，在常规时期每天8-18时共拍摄十张相片，在汛期或危险期每隔5-10分钟拍一张相片。

(5)相机将拍摄所得的图像自动传输到计算机平台。

以上实施例仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的一种基于地面稳定平台的流域库岸形变近景测量方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的过程，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明所要求保护的范围内。