三维摄影测量技术用于岩土工程相似材料模型结构变形监测

岩土工程面临复杂的地质环境和工程灾害风险。岩土工程（如隧道、巷道等）开挖过程中，易诱发临近断层/结构面失稳滑动，且较多呈现出粘滑特征，与开挖导致的断层面应力分布的非均匀性，断层面自身的复杂结构相关。

相似材料模拟实验是一种实体模型实验技术, 参数可控、结果直观, 能够模拟岩土在开采过程中整体变形过程, 真实反应岩土体破坏结构关系, 在地下采挖工程领域中应用广泛。

位移场测量和形态变化是相似材料模型试验的主要观测内容，是进一步研究模型力学行为的基础。传统的模型观测方法包括位移计、加速度计、差分GPS等，主要是接触式测量，需要将测试传感器固定在所测结构上，这给实际应用带来许多安装困难，且多点测量耗时耗力费用高。

新拓三维XTDP三维光学摄影测量系统，基于工业近景摄影测量技术，通过相机内外参数标定、模式识别技术进行图像特征点跟踪，可测量结构全场位移量。基于计算机视觉的非接触式位移测试，解决了多点位移、量程受限的测试难题，且安装简单、测试频率高，避免接触对被测体带来的干扰。

在对结构位移测量的应用中，摄影测量方法流程为：通过工业相机拍摄对结构预先布置的特征点；经过数据处理，计算得到结构特征点的三维坐标；通过比较不同时刻特征点的坐标差异获取位移。

三维摄影测量方案设计

观测控制点（编码点）布设在模型架上的两侧及上、下端横梁。观测点（非编码点）沿着岩土层位布设，行间距和点间距根据被测对象及模型比例尺确定。

相似材料模型不同时刻的观测数据，需转换到统一的坐标系下进行对比分析。需确定参与坐标转换的全局标志点；需确定参与比例计算的标尺、并选择合适的位置进行固定。

模型数据采集

数据采集使用新拓三维XTDP三维光学摄影测量系统进行拍摄，为了实现拍摄的多角度、多层次，具体拍摄采用多个位置和角度拍摄。

相似模型开挖过程图片拍摄

数据处理

通过对结构预先布置的特征点用工业相机进行摄影，通过XTDP软件计算后，获得编码点和非编码点的坐标，比较不同时刻特征点的坐标差异得到位移。

可以看出，应用XTDP三维光学摄影测量系统观测相似材料模型，很好地反映了开挖沉陷规律。

三维光学摄影测量用于相似材料模型变形观测，它可以获取相似模型大量几何信息，特别适用于观测点众多的相似材料模型。

XTDP三维光学测量系统采集的图像可在任何情况进行检核，并可记录摄影瞬间所有点的移动情况，在确保测量准确性的前提下，对大型相似材料模型的整体变形进行监测，为进一步应研究岩土采挖变形、沉降规律提供实验基础。