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基于双目立体视觉的隧道围岩形变监测系统
| 论文题名： | 基于双目立体视觉的隧道围岩形变监测系统 |
| 关键词： | 隧道围岩;形变监测;双目立体视觉;相机标定 |
| 摘要： | 随着我国道路交通建设的不断发展，隧道建设逐渐呈现出向特长、大断面发展趋势，爆破法依然主要的隧道开挖方法，开挖过程中的隧道围岩形变监控测量直接关系到施工安全。现有的隧道围岩形变测量方法如全站仪测量、三维激光扫描测量等非接触式测量方法存在需要人工操作、自动化程度不高等缺点，收敛仪法、巴塞特收敛系统等接触式测量方法存在对施工干扰大、测量精度受环境影响大等缺点。因此，本文将双目立体视觉技术应用于隧道围岩形变监测中，以期实现对隧道围岩形变进行实时、自动、高精度监测，主要研究内容如下： （1）分析了相机理想成像模型与畸变模型，选择合适的双目立体视觉测量模型应用于隧道围岩形变监测中。提出三层式隧道围岩形变监测系统架构，介绍了系统的各个组成部分。结合双目立体视觉测量原理与所设计的系统架构，对隧道围岩形变监测软件需求进行分析，为后续软件开发提供理论支撑。 （2）研究了双目立体视觉测量中相机立体标定算法。针对张正有标定法在隧道围岩监测应用中的不足，研究了基于畸变中心的相机标定算法，在提高标定结果准确性的情况下，减少了标定耗时。最终，在完成左、右单目相机标定的基础上实现双目相机立体标定。 （3）分析了基于双目立体视觉的隧道围岩形变监测系统误差来源，建立了双目相机结构参数模型，分析与仿真得到投影角、相机与光线夹角、焦距等相机结构参数对监测系统的测量精度影响大小，给出了满足隧道测量具体要求的双目系统结构参数设计。 （4）开展了室内隧道围岩形变监测模拟实验，首先根据前文设计的隧道围岩形变监测系统与结构参数设计对实验设备进行选型与搭建，展现了隧道围岩形变监测系统获取隧道围岩形变信息的具体实现过程及关键图像处理算法，最后，开发了隧道围岩形变监测软件。 综上所述，本文设计的基于双目立体视觉的隧道围岩形变监测系统可实现远程、实时、自动的隧道围岩形变监测，对减少隧道建设事故灾害，降低人员伤亡与财产损失具有重要意义。 |
| 作者： | 李丽萍 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 郑晅 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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