宗愛華 王連松

摘? 要：相對于傳統(tǒng)監(jiān)測方法，近景攝影測量技術(shù)具有瞬間獲取被測物體的幾何及物理信息，外業(yè)工作較少等優(yōu)點(diǎn)。但由于專用量測攝影機(jī)價(jià)格昂貴且操作復(fù)雜，制約了近景攝影測量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。本文將研究普通數(shù)碼相機(jī)在邊坡監(jiān)測上的應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際工程，通過GPS采集的少量點(diǎn)作為控制點(diǎn)來解算大量未知點(diǎn)的坐標(biāo)，具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：近景攝影測量? 基坑? 位移監(jiān)測? GPS

Abstract： Compared with the traditional monitoring methods， close range photogrammetry has the advantages of instantaneous acquisition of geometric and physical information of the measured object， and less field work. However， the development and application of close range photogrammetry technology are restricted due to the high price and complex operation of special measuring camera. This paper will study the application of ordinary digital camera in slope monitoring. Combined with practical engineering， a small number of points collected by GPS are used as control points to calculate the coordinates of a large number of unknown points， which has a good practical significance.

Key Words： Close range photogrammetry; Foundation pit; Displacement monitoring; GPS

攝影測量是一門利用光學(xué)攝影機(jī)拍攝像片，根據(jù)像片影像來確定被測物體的位置、大小、形狀和相互關(guān)系的科學(xué)技術(shù)。依據(jù)測量目的通常劃分為兩類：地形攝影測量和非地形攝影測量。其中，非地形攝影測量指的是應(yīng)用在工業(yè)測量和工程測量中的攝影測量。而近景攝影測量指的是測量距離在300m以內(nèi)，拍攝地點(diǎn)處在物體周邊的攝影測量。其中將以數(shù)字相機(jī)為圖像采集傳感器，并對所攝圖像進(jìn)行數(shù)字處理的近景攝影測量稱為數(shù)字近景攝影測量。目前，該技術(shù)已經(jīng)在包括生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)和建筑學(xué)等在內(nèi)的眾多基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究領(lǐng)域得到不錯(cuò)的發(fā)展。

1? 近景攝影測量外業(yè)

本次工程實(shí)例選擇了北京某地塊基坑工程，位于北京市朝陽區(qū)，該項(xiàng)目為超高層住宅樓工程。本次監(jiān)測的主要硬件主要有：尼康數(shù)碼相機(jī)，南方GPS監(jiān)測儀，標(biāo)志點(diǎn)塑料板，其中標(biāo)志點(diǎn)模板主要有兩種，一種是20cm×30cm×5mm長方形板，一種是25cm×25cm×5mm正方形板。標(biāo)志點(diǎn)固定在坡面上的方法是中心和4個(gè)角上分別都釘入一個(gè)釘子，保證標(biāo)志物的穩(wěn)定性。

本次項(xiàng)目采用數(shù)碼相機(jī)的主要外業(yè)工作流程如圖1所示。

首先，確定攝影邊坡面。該基坑工程挖深為4.9～7.95m，屬于“坑中坑”工程，如圖2所示。即基坑內(nèi)坑部分有混凝土鉆孔灌注樁和冠梁，外側(cè)邊坡為自然放坡，按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》，該基坑工程為二級(jí)。

根據(jù)現(xiàn)場要求，在采用傳統(tǒng)監(jiān)測方法的同時(shí)，我們對基坑?xùn)|北方部分放坡工程采用了近景攝影測量方法，監(jiān)測部位的周圍環(huán)境圖如圖3所示。

按照上述設(shè)計(jì)方法，人工標(biāo)記物的放置應(yīng)合理，既不致密也不稀疏，以滿足我們攝影的要求，并且根據(jù)DLT算法的原理，不應(yīng)放置標(biāo)記物在同一平面上。

根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況和傳統(tǒng)長期監(jiān)測的結(jié)果，一旦放置了標(biāo)記，就可以知道在分布圖的右側(cè)，由于良好的地質(zhì)條件，周圍沒有房屋。這些標(biāo)記的底部沒有建筑物。現(xiàn)澆混凝土樁保留土體并配備冠梁，在施工過程中，邊坡位移在短時(shí)間內(nèi)很小，可以忽略不計(jì)。因此，在右側(cè)，我們將選擇最右邊的6個(gè)點(diǎn)作為控制點(diǎn)。在左側(cè)，由于照片重疊，我們只需要測量點(diǎn)的坐標(biāo)并使用GPS進(jìn)行測量即可。

GPS測量點(diǎn)有很多空間數(shù)據(jù)方法。在此監(jiān)視中，CORS用于測量點(diǎn)數(shù)據(jù)。在整個(gè)攝影測量過程中，GPS-CORS僅用于測量控制點(diǎn)的坐標(biāo)并在以后進(jìn)行比較，這是一種輔助方法。所以在這里，我將不作詳細(xì)介紹。

測量控制點(diǎn)的坐標(biāo)后，請?jiān)诂F(xiàn)場拍照。因?yàn)樵O(shè)計(jì)平面很大，并且如果只拍攝一張正面照片，則標(biāo)記點(diǎn)將顯得太小，這不利于我們提取特征點(diǎn)和后續(xù)操作，因此我們選擇拍攝兩個(gè)照片，左邊一張，左邊一張（根據(jù)DLT計(jì)算原理，要計(jì)算系數(shù)需要兩張照片。這里提到的照片是計(jì)算出的兩張照片），左邊兩張照片匹配程度確保后期的順利處理。

2? 內(nèi)業(yè)解算

拍攝完照片以后，一次監(jiān)測的外業(yè)就此結(jié)束，下面將進(jìn)行近景攝影測量內(nèi)業(yè)處理。

我們選取拍攝照片中清晰度最高，效果最好的一組照片進(jìn)行內(nèi)業(yè)解算。按照本次工程實(shí)例的解算步驟，我們選擇從已知控制點(diǎn)坐標(biāo)最多的右側(cè)開始進(jìn)行解析計(jì)算，首先，選取右側(cè)A時(shí)點(diǎn)一組照片中的一張，如圖4所示。

圖中，將人工標(biāo)志點(diǎn)分為兩類，一類是已知點(diǎn)，即控制點(diǎn)，用KZ表示;一類是未知點(diǎn)，即監(jiān)測點(diǎn)，用JC表示。在照片中的各人工標(biāo)志點(diǎn)位情況如圖4所示。

（1）選取特征點(diǎn)。

為保證近景攝影測量的高精度，第一步應(yīng)進(jìn)行特征點(diǎn)的選取。首先，需要將拍攝的彩色照片轉(zhuǎn)變成灰色，用編寫的單一灰度程序?qū)λ臄z照片進(jìn)行灰度處理，灰度波段可以選擇1、2、3，依次代表紅波段、綠波段、藍(lán)波段。

照片上的每個(gè)像素僅對一種顏色進(jìn)行采樣，得到的圖像稱為灰度圖?；叶葓D像只顯示白色、黑色及從白色至黑色的每種級(jí)別的中間灰度，如白色（255，255，255），中間灰度（10，10，10）、（150，150，150）、（200，200，200）......和黑色（0，0，0），灰度圖像與黑白圖像不同，在黑白圖像中只有兩種取值，即黑色（0，0，0）和白色（255，255，255）兩種顏色。

灰度預(yù)處理分析后，我們分別選擇單一灰度模式下的1波段（紅波段）、2波段（綠波段）、3波段（藍(lán)波段）進(jìn)行處理，得到三組波段灰度圖。

經(jīng)過對以上的灰度圖像對比分析，可以看出，紅被段處理后，標(biāo)志物在照片中最為突出，相對于綠波段和藍(lán)波段兩種灰度處理，其對提取特征點(diǎn)最為方便，所以，在后續(xù)工作中，我們將選擇紅波段對所有照片進(jìn)行衷度處理?；叶忍幚硪院?，我們將對得到的灰度圖像進(jìn)行特征點(diǎn)的選取，在特征點(diǎn)選取中，采用Forstner箅子運(yùn)算。

（2）數(shù)據(jù)導(dǎo)入及計(jì)算。

在得到特征點(diǎn)效果圖以后，將進(jìn)行照片的解析處理，解算像點(diǎn)的空間坐標(biāo)把最佳特征點(diǎn)效果圖導(dǎo)入至點(diǎn)位計(jì)算界面中，解析計(jì)算出10個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的空間坐標(biāo)。在B時(shí)點(diǎn)我們選擇了同樣的方法對該基坑邊坡進(jìn)行了監(jiān)測，處理過程和A時(shí)點(diǎn)的方法一樣，在這里就不再贅述。

3? 位移計(jì)算

根據(jù)A、B兩個(gè)時(shí)點(diǎn)的監(jiān)測點(diǎn)的空間坐標(biāo)，解析處理可得到在這段時(shí)期內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)的位移情況如表1所示。

由表1中可以看出，右側(cè)點(diǎn)JCl～JC5位移相對較小，主要原因是右側(cè)測量點(diǎn)處靠近冠梁和混凝土灌注樁，邊坡相對穩(wěn)定;而左側(cè)部位為自然放坡，放坡的高差較大，位移相對較大?？紤]到精度，由《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》可得，二級(jí)基坑在施工期，相對于工作基點(diǎn)的外部變形監(jiān)測精度，平面是±3～5mm，高程是±5mm，右側(cè)點(diǎn)位計(jì)算精度高，左側(cè)精度采用右側(cè)解算坐標(biāo)為控制點(diǎn)，精度稍低。

此次基坑監(jiān)測采用的控制點(diǎn)坐標(biāo)選取了基坑邊坡坡上的點(diǎn)位，基坑上的控制點(diǎn)坐標(biāo)是會(huì)隨著基坑邊坡的變形而發(fā)生變化的，為此，在每次使用近景攝影測量方法解算其余點(diǎn)位坐標(biāo)之前，還需測得控制點(diǎn)坐標(biāo)。若能拾取穩(wěn)定的控制點(diǎn)，對于我們的外業(yè)工作將得到有效的減少，若我們能夠拾取控制點(diǎn)1～控制點(diǎn)6的空間坐標(biāo)，對基坑的監(jiān)測會(huì)有不錯(cuò)的效果。本次監(jiān)測項(xiàng)目由于實(shí)際情況，不能進(jìn)入相關(guān)樓層測量控制點(diǎn)坐標(biāo)，并沒有采用此方法。但是該方法對有邊坡外控制點(diǎn)的近景攝影測量監(jiān)測不失為一種有效簡單的方法，其只需在項(xiàng)目初采用傳統(tǒng)測量方法測算一次控制點(diǎn)坐標(biāo)，之后的外業(yè)只需拍攝照片，同時(shí)，測量精度也能得到更好的提高。

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