本文選題：相似模擬實(shí)驗(yàn) + 攝影測(cè)量　； 參考：《西安科技大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：礦山相似材料模擬實(shí)驗(yàn)變形監(jiān)測(cè)是大型采礦工程模擬實(shí)驗(yàn)必做的一項(xiàng)內(nèi)容,這項(xiàng)內(nèi)容的主要目的是為實(shí)際開(kāi)采提供安全指導(dǎo)。為了實(shí)現(xiàn)變形監(jiān)測(cè),需要在模型上人為布設(shè)大量監(jiān)測(cè)點(diǎn),通過(guò)量測(cè)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在各個(gè)工作面上的物方坐標(biāo),得到上覆巖層在開(kāi)采時(shí)的變形特征。從巖層的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以確定出頂板周期來(lái)壓的活動(dòng)性質(zhì)。針對(duì)目前量測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)物方坐標(biāo)時(shí)采用方法存在的局限性,本文提出一種基于攝影測(cè)量計(jì)算機(jī)視覺(jué)單應(yīng)矩陣的三維重建算法,實(shí)現(xiàn)了相似材料模擬實(shí)驗(yàn)的變形監(jiān)測(cè)。這種算法大致分為以下三步:⑴相機(jī)檢校。相機(jī)檢校的主要目的是為了計(jì)算描述物方點(diǎn)坐標(biāo)與其在二維影像上對(duì)應(yīng)像點(diǎn)間幾何模型的參數(shù)。通過(guò)計(jì)算結(jié)果既可以得到物方與像方之間的投影關(guān)系,也可以解決由于普通數(shù)碼相機(jī)引起的影像邊緣變形問(wèn)題,即實(shí)現(xiàn)影像預(yù)處理。通過(guò)對(duì)比分析常用的多種檢校算法的優(yōu)缺點(diǎn),最終選擇張正友平面檢校來(lái)完成檢校工作。⑵像點(diǎn)坐標(biāo)高精度量測(cè)。像點(diǎn)坐標(biāo)量測(cè)算法的效率和精度,是本文三維重建算法的關(guān)鍵之一。以回光反射材料制作的圓形標(biāo)志和編碼標(biāo)志分別作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)和編碼點(diǎn),結(jié)合Canny算子和橢圓擬合算法實(shí)現(xiàn)標(biāo)志點(diǎn)像點(diǎn)坐標(biāo)的高精度量測(cè)。⑶監(jiān)測(cè)點(diǎn)物方坐標(biāo)解算。對(duì)比分析傳統(tǒng)三維重建算法的不足之處,再結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象為平面模型,以單應(yīng)矩陣為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)三維重建。這種算法可以基于單張影像完成,從而避免復(fù)雜的同名點(diǎn)匹配過(guò)程。三維重建算法的理論模型經(jīng)確定后,選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)加以實(shí)現(xiàn),本文主要利用MATLAB和C++兩種語(yǔ)言。以東峽煤礦建立的物理模型為研究對(duì)象,經(jīng)該算法計(jì)算得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)物方坐標(biāo),在精度滿(mǎn)足要求的情況下,利用這一結(jié)果繪制每個(gè)工作面的變形曲線。將變形曲線和利用高精度測(cè)量手段量測(cè)到的結(jié)果所繪制的曲線進(jìn)行比較,初步判斷該算法是否合理可行;在兩種曲線一致的情況下,與物理模型的實(shí)際變形作對(duì)比,查看得到的曲線是否符合實(shí)際情況。通過(guò)實(shí)例證明了本文提出算法的可行性、計(jì)算速度和計(jì)算精度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本文算法實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)物方坐標(biāo)解算,計(jì)算速度快,結(jié)果精度高,可以滿(mǎn)足相似材料模擬實(shí)驗(yàn)。
[Abstract]:Deformation monitoring of similar mine material simulation experiment is a necessary part of large-scale mining engineering simulation experiment. The main purpose of this content is to provide safety guidance for actual mining. In order to realize deformation monitoring, it is necessary to set up a large number of monitoring points artificially on the model, measure the coordinates of each monitoring point on each face, and obtain the deformation characteristics of overlying strata in mining. According to the movement law of rock strata, the active properties of roof periodic pressure can be determined. In view of the limitation of the method used in measuring the coordinates of objects at present, a 3D reconstruction algorithm based on the monoclinic matrix of photogrammetry computer vision is proposed to realize the deformation monitoring of similar material simulation experiments. This algorithm is roughly divided into three steps: 1 camera calibration. The main purpose of camera calibration is to calculate the parameters of the geometric model between the objects' square points and their corresponding points in two-dimensional images. The projection relation between object side and image square can be obtained by calculating results, and the image edge deformation problem caused by ordinary digital camera can also be solved, that is, image preprocessing can be realized. By comparing and analyzing the advantages and disadvantages of many commonly used calibration algorithms, Zhang Zhengyou plane calibration was selected to complete the high precision measurement of the image coordinates of the calibration work .2. The efficiency and precision of the image point coordinate measurement algorithm is one of the keys of the 3D reconstruction algorithm in this paper. The circular mark and the coded mark made by the reflective material are used as the monitoring points and the coding points, respectively, and the Canny operator and the ellipse fitting algorithm are combined to calculate the square coordinates of the image points of the mark points. By comparing and analyzing the shortcomings of traditional 3D reconstruction algorithm, and combining the object of this experiment as plane model, the 3D reconstruction is realized on the basis of monoclinic matrix. This algorithm can be completed on the basis of single image, thus avoiding the complicated matching process of points of the same name. After the theoretical model of 3D reconstruction algorithm is determined, appropriate computer language is chosen to realize it. This paper mainly uses MATLAB and C language. The physical model established in Dongxia Coal Mine was used as the research object. The coordinates of the monitoring points were calculated by the algorithm. The deformation curve of each working face was drawn with this result under the condition that the precision satisfied the requirement. By comparing the deformation curve with the curve drawn by using the high precision measurement method, the paper preliminarily determines whether the algorithm is reasonable and feasible, and makes a comparison with the actual deformation of the physical model when the two curves are the same. See if the resulting curve matches the actual situation. The feasibility, calculation speed and accuracy of the proposed algorithm are proved by an example. The experimental results show that the algorithm has realized the calculation of the square coordinates of the fully automatic monitoring points, and the calculation speed is fast and the precision of the results is high. It can satisfy the simulation experiment of similar materials.
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TD326

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本文編號(hào)：2070948