基于近景攝影測量技術(shù)的結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測應(yīng)用研究

徐 力

（南京方正建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司， 江蘇 南京 210009）

0 引言

工程施工中測量和監(jiān)測方式有很多，其中近景攝影測量便屬于非接觸式攝影測量方式中的一種。隨著信息化和數(shù)字化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，近景攝影測量技術(shù)充分結(jié)合了實(shí)時(shí)監(jiān)測以及外形定位等先進(jìn)技術(shù)，通過對測量目標(biāo)材料結(jié)構(gòu)的變化以及變形范圍的計(jì)算和控制，能夠?yàn)楣こ添?xiàng)目提供精度更高的外形測量數(shù)據(jù)。同時(shí)近景攝影測量技術(shù)的應(yīng)用，還使得測量人員能夠更加高效的控制材料的變形度，保障了重要材料結(jié)構(gòu)不會因變形度無法控制而產(chǎn)生破壞，因此用途非常廣泛。

1 近景攝影測量原理及誤差產(chǎn)生原因分析

1.1 近景攝影測量常用坐標(biāo)系

在近景攝影測量技術(shù)中，三維定點(diǎn)坐標(biāo)系是保證測量精度以及材料外形變形度監(jiān)測的重要基礎(chǔ)，這項(xiàng)技術(shù)通過攝影拍攝的方式在物體表面建立坐標(biāo)軸系統(tǒng)，這樣便能夠達(dá)到對目標(biāo)運(yùn)動狀態(tài)以及尺寸數(shù)據(jù)的精確獲取。目前近景攝影測量技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空測量領(lǐng)域、工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域以及地面攝影測量相關(guān)工作中，正是由于這種對于這種精確測量坐標(biāo)軸系統(tǒng)的建立，使得該技術(shù)能夠適用于對大部分實(shí)體物質(zhì)的測量與監(jiān)測，真正達(dá)到了物盡其用的特點(diǎn)。而坐標(biāo)軸體系的運(yùn)用則需要攝影測量技術(shù)人員按照標(biāo)準(zhǔn)的操作流程以及固定的計(jì)算方式運(yùn)行，例如在對目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)和外形尺寸進(jìn)行測量時(shí)，首先需要將物體放置在三維立體空間坐標(biāo)系統(tǒng)，并確定相應(yīng)的物體所在位置作為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)系軸線的展開。而三維坐標(biāo)系中x 軸y 軸以及z 軸三條軸線在方物空間坐標(biāo)系中的表示方式，則可以利用右手的三個(gè)手指即拇指、食指和小指來代替，要讓三個(gè)手指形成與三維坐標(biāo)系一樣互相垂直的位置關(guān)系，同時(shí)以三個(gè)手指的焦點(diǎn)作為目標(biāo)坐標(biāo)系的建立原點(diǎn)。目前由于近景攝影測量技術(shù)的優(yōu)化和改善重點(diǎn)，是對于各個(gè)坐標(biāo)軸以及軸線的誤差精度進(jìn)行分析與控制，因此在進(jìn)行測量時(shí)要將三維坐標(biāo)軸的原點(diǎn)設(shè)置為攝影的中心點(diǎn)，并將測量目標(biāo)包含在坐標(biāo)系延展范圍內(nèi)，這樣才能確保軸線的垂直度誤差和水平度誤差能夠更加準(zhǔn)確的體現(xiàn)出來。另外攝影測量設(shè)備以及與目標(biāo)物體之間的焦距和主距，也是攝影測量技術(shù)人員通過調(diào)試設(shè)備和規(guī)范測量距離進(jìn)行優(yōu)化與控制的重點(diǎn)內(nèi)容。

1.2 像片的內(nèi)方位元素與外方位元素

內(nèi)方位元素與外方位元素是描述物方空間坐標(biāo)系中，各像片及其組成元素的位置關(guān)系和方向性的重要參數(shù)，同時(shí)對于攝影測量過程中光速的來源和照射方向，也能夠發(fā)揮出較好的描繪和體現(xiàn)作用。例如內(nèi)方位元素是攝影測量技術(shù)人員對物方空間坐標(biāo)系內(nèi)的目標(biāo)待測物體，進(jìn)行三維坐標(biāo)立體位置的還原以及朝向和測定方向確定的關(guān)鍵所在，往往在恢復(fù)攝影時(shí)根據(jù)光束照射后形成的形狀以及及其產(chǎn)生的方向，并能夠非常清晰的判斷出攝影中心與目標(biāo)物體之間的位置關(guān)系。另外像片的組成元素根據(jù)攝影測量設(shè)備的不同會產(chǎn)生很大差異，尤其很多專業(yè)的攝影測量設(shè)備能夠有效提高測量精度的基礎(chǔ)，便在于可以對框標(biāo)成像的方式以及效果進(jìn)行良好的規(guī)范與控制。一方面嚴(yán)格限定框標(biāo)的位置，來確保坐標(biāo)系與實(shí)際測量物體之間不會產(chǎn)生位置上的大角度偏移；另一方面針對部分測量精度要求較高的工作項(xiàng)目時(shí)，往往專業(yè)的攝像攝影設(shè)備還能夠在內(nèi)部形成獨(dú)立的框標(biāo)坐標(biāo)系，其中多層框標(biāo)像片的應(yīng)用得到攝影測量的效果更加專業(yè)、顯著。

2 測量攝影常用的方法概述

近景攝影測量過程中測量人員所采取的攝影角度以及測量方式不同，會使得最終針對目標(biāo)物體的測量精度以及攝影效果，也隨之而產(chǎn)生不同程度的攝影測量精度偏差?，F(xiàn)階段針對大部分工作任務(wù)的攝影測量工作所以及精度選擇需求，通?？梢詫z影測量方式確定為正直攝影以及交向攝影等兩種，這兩種基本攝影方式在工作原理以及操作技術(shù)要求上也存在著一定的差異，因此測量人員需要重點(diǎn)掌握這兩種攝影方式的優(yōu)勢，以此來適應(yīng)不同條件下的攝影測量要求。例如在應(yīng)用正直攝影測量方法時(shí)，最基本的操作要求是需要進(jìn)行基準(zhǔn)線的正確選擇以及像片和主光軸平行關(guān)系的確定?；鶞?zhǔn)線的選擇有兩種方式，即：水平和鉛錘豎直兩個(gè)方向，攝影測量人員根據(jù)實(shí)際測量物體的外形和位置選取相應(yīng)的基準(zhǔn)線。而保持像片與主光軸之間的平行關(guān)系，是為了能夠?qū)y量物體按照固定的位置準(zhǔn)確放置在攝影測量坐標(biāo)系中，同時(shí)各個(gè)光軸與基準(zhǔn)線之間還應(yīng)該建立起立體空間中的垂直關(guān)系，這樣在確定攝影目標(biāo)物體的空間位置時(shí)才會更加快速、便捷。而交向攝影方式在相片與主光軸的位置關(guān)系上，與正直攝影方式存在著根本的不同，而這也是影響兩種基本攝影方式應(yīng)用角度以及測量要求不同的主要原因。攝影測量工作人員在利用交向攝影方式對既定物體進(jìn)行外觀測量時(shí)，需要保持像片以及對應(yīng)的主光軸必須在立體空間中的同一個(gè)平面內(nèi)，彼此之間不可以形成相交或者垂直的關(guān)系。而主光軸在進(jìn)行攝影測量的過程中可以相互交叉，其交會角反映的就是攝影時(shí)，各主光軸相交時(shí)在焦點(diǎn)處所形成的角度。

總體來看，正直攝影和交向攝影兩種方式均有著不同的優(yōu)勢和特點(diǎn)，同時(shí)在某些方面也有著很大的相似之處。例如正直攝影這種方式，在對攝影目標(biāo)進(jìn)行解析攝影和近景攝影時(shí)應(yīng)用效果非常好，攝影測量工作人員可以通過肉眼觀測的方式，確定攝影目標(biāo)的立體位置以及空間坐標(biāo)系中的成像效果，在進(jìn)行立體測量時(shí)會更加便捷和高效。而交向攝影方式則主要應(yīng)用在數(shù)字近景攝影和解析近景攝影測量中，其應(yīng)用的方面往往不在于通過肉眼觀測來對目標(biāo)進(jìn)行立體測量，而是像片多重覆蓋來確定尺寸和位置關(guān)系，因此測量精度和穩(wěn)定性往往要優(yōu)于正直攝影方式。而兩種攝影方式的相同之處則在于產(chǎn)生的圖像，通常都會難以避免的出現(xiàn)影像中物體外部變形，產(chǎn)生的原因主要是由于物體始終處于動態(tài)起伏。

3 測量攝影精度影響因素分析

影響攝影測量精度的常見因素主要包含：攝影設(shè)備的成像分辨率以及幾何畸變偏差問題、攝影設(shè)備的安置誤差兩種。攝影測量技術(shù)人員要通過分析這兩種影響因素的產(chǎn)生原因，來探究提高攝影測量精度的有效措施。例如，成像分辨率過低是導(dǎo)致攝影精度不足的主要原因，分辨率體現(xiàn)的是攝影設(shè)備對于物體表面細(xì)節(jié)之處精度的展現(xiàn)程度，而有效的解決方法是在分辨率無法調(diào)節(jié)的情況下控制好拍攝物體與攝影設(shè)備之間的距離，而可以調(diào)節(jié)分辨率時(shí)則要進(jìn)一步加強(qiáng)圖像的細(xì)化處理效果。

4 優(yōu)化相機(jī)鏡頭畸變問題

在攝影測量中一個(gè)重要的工作環(huán)節(jié)便是根據(jù)光速形狀進(jìn)行物體圖形的恢復(fù)，這其中必須要建立良好的數(shù)學(xué)模型來計(jì)算光學(xué)畸變系數(shù)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對攝影機(jī)以及鏡頭進(jìn)行檢查和調(diào)試。而部分測量攝影精度較低的問題也是由于鏡頭畸變誤差過大而導(dǎo)致的，所以測量攝影過程中要控制好光線、溫度、設(shè)備等影響因素，及時(shí)對近景測量設(shè)備進(jìn)行檢測與矯正。

5 結(jié)束語

綜上所述，近景攝影測量技術(shù)在工程施工中得到了非常廣泛的應(yīng)用。通過對測量方法的原理掌握和要點(diǎn)探究，并結(jié)合影響測量精度主要因素的產(chǎn)生原因分析，測量人員能夠更好的掌握近景攝影測量工作的要點(diǎn)，以此對建筑變形問題進(jìn)行更好的預(yù)測和保護(hù)。