CN112611323A - 一种基于图斑矢量监测防波堤变形的方法 - Google Patents

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吕海滨
夏楚琦
谭思妹
陈小康
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Abstract

一种基于图斑矢量监测防波堤变形的方法，该方法通过获取被监测码头不同时间的遥感影像，然后根据不同时间的遥感影像计算监测点的变形距离，最后根据变形距离实现被监测码头的变形监测，具体为通过获取被监测码头的遥感影像；影像矢量化；变形计算；分析计算结果，位移值越接近0，说明被监测码头越稳定。本发明考虑到利用传统测量仪器会影响码头的正常工作状态，长期波堤监测区别于变形监测前期地表沉降与位移较大，其形变量较小等因素，进行非接触式监测，方便快捷又不影响被监测码头的正常工作；此外，本发明不仅限于码头变形监测，也可对其他建(构)筑物进行变形监测。

Description

一种基于图斑矢量监测防波堤变形的方法
技术领域
本发明涉及变形监测技术领域，特别是一种基于图斑矢量监测防波堤变形的方法。
背景技术
变形监测是测量被监测对象或物体(简称变形体)，从而获取其空间位置及内部形态随时间的变化特征。变形监测主要分为几何量监测与物理量监测两种，其中几何量监测的内容是观测对象的水平位移、垂直位移、倾斜、弯曲、扭转、震动、裂缝等，水平位移指的就是在水平面上发生坐标的变化。
码头水平位移监测的方法有很多，如视准线法、支距法、GPS测量法、前方交会法、极坐标法以及小角法等；在码头进行水平位移监测时，由于受到通视条件、码头作业震动、潮汐力等因素影响，因针对具体项目的特点，需要采用满足该项目要求的监测方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种非接触式、便于监测人员更加方便快捷的完成监测作业的基于图斑矢量监测防波堤变形的方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种基于图斑矢量监测防波堤变形的方法，该方法通过获取被监测码头不同时间的遥感影像，然后根据不同时间的遥感影像计算监测点的变形距离，最后根据变形距离实现被监测码头的变形监测。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的基于图斑矢量监测防波堤变形的方法，该方法包括以下步骤：
(1)获取被监测码头的遥感影像；
(2)获取被监测码头的变形监测点，并进行地理配准；
(3)将获取的遥感影像进行矢量化；
(4)在矢量化的遥感影像上标记变形监测点；
(5)计算变形监测点在不同时间的遥感影像中的变形距离；
(6)分析计算结果。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的基于图斑矢量监测防波堤变形的方法，步骤(2)中地理配准的方法为将地心坐标系转换至参心坐标系：
(2.1)地心大地坐标转地心直角坐标：
X＝(N+H)cos B cos L
Y＝(N+H)cos B sin L
Z＝[N(1-e2)+H]sin B
(2.2)地心直角坐标转参心直角坐标：
Figure BDA0002805048470000021
(2.3)参心直角坐标转参心大地坐标：
L＝acrtg(X/Y)
Figure BDA0002805048470000022
H＝Z/sin B-N(1-e2)
其中，(B，L，H)为大地坐标，(X，Y，Z)为直角坐标，e为椭球的第一偏心率，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，(εX，εY，εZ)为旋转矩阵，K为尺度参数。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的基于图斑矢量监测防波堤变形的方法，步骤(5)中，变形距离的计算方法为：
Figure BDA0002805048470000031
其中Δx，Δy，Δz为监测点在不同时间遥感影像中的位移差，d为变形距离。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的基于图斑矢量监测防波堤变形的方法，在步骤(6)中，计算结果越接近0，说明码头越稳定。
与现有技术相比，本发明考虑到现有码头区域通视不好，监测环境受气温，湿度等物理因素影响较大，传统变形监测仪器会影响码头的正常作，提供一种非接触式变形监测方法，使监测人员更加方便快捷的完成作业；相较于之前的变形监测方法可实现无接触式监测，减少开支，不影响码头正常工作；其次，矢量图不受分辨率影响，放大或缩小都不会影响其清晰度，只要跟踪到监测点，及可保留数据并计算；另外，本发明不仅限于码头变形监测，也可对其他建(构)筑物进行变形监测。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，以2011年-2020年江苏省连云港市某码头为例，进行基于图斑矢量监测防波堤变形，其步骤如下：
(1)获取某码头的遥感影像；
江苏省连云港市某码头建造时间悠久，除去建造初期的大范围位移，我们选取了2011年该码头的影像和2020年的码头影像；
(2)获取码头变形监测点并进行地理配准(由地心坐标系转换至参心坐标系)；
地心大地坐标转地心直角坐标：
X＝(N+H)cos B cos L
Y＝(N+H)cos B sin L
Z＝[N(1-e2)+H]sin B
地心直角坐标转参心直角坐标：
Figure BDA0002805048470000041
参心直角坐标转参心大地坐标：
L＝acrtg(X/Y)
Figure BDA0002805048470000042
H＝Z/sin B-N(1-e2)
其中，(B，L，H)为大地坐标，(X，Y，Z)为直角坐标，e为椭球的第一偏心率，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，(εX，εY，εZ)为旋转矩阵，K为尺度参数；
(3)将遥感影像进行矢量化；
(4)标记监测点；
(5)计算变形距离；
对于相同监测点我们可进行变形计算，对于不同监测点我们也可测定间隔距离；
Figure BDA0002805048470000051
其中Δx，Δy，Δz为监测点在不同时间遥感影像中的位移差；
计算结果见表1；
表1江苏省连云港市某码头位移量
Figure BDA0002805048470000052
Figure BDA0002805048470000061
(6)分析计算结果；
根据给出的计算结果我们可以得出，在近十年的时间里，码头并未发生较大偏移；0号点的位移仅为0.082，最大的位移点为4号点，但是我们可从图像上看出，4号点位移大是因为码头进行扩建。
本发明提出了一个变形监测新方法，该方法考虑到利用传统测量仪器会影响码头的正常工作状态，且码头属于狭长建筑物，通视不便；本发明可减少监测的人员需要和开支，也可不影响码头的正常运营。以上显示和说明的发明的基本原理、方法和优势均不限于本实施例。在不脱离本发明的精神和范围内，对本发明进行的任何修改、润色、等同替换和改进等，均应纳入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于图斑矢量监测防波堤变形的方法，其特征在于：该方法通过获取被监测码头不同时间的遥感影像，然后根据不同时间的遥感影像计算监测点的变形距离，最后根据变形距离实现被监测码头的变形监测。
2.根据权利要求1所述的基于图斑矢量监测防波堤变形的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)获取被监测码头的遥感影像；
(2)获取被监测码头的变形监测点，并进行地理配准；
(3)将获取的遥感影像进行矢量化；
(4)在矢量化的遥感影像上标记变形监测点；
(5)计算变形监测点在不同时间的遥感影像中的变形距离；
(6)分析计算结果。
3.根据权利要求2所述的基于图斑矢量监测防波堤变形的方法，其特征在于：步骤(2)中地理配准的方法为将地心坐标系转换至参心坐标系：
(2.1)地心大地坐标转地心直角坐标：
X＝(N+H)cosBcosL
Y＝(N+H)cosBsinL
Z＝[N(1-e2)+H]sinB
(2.2)地心直角坐标转参心直角坐标：
Figure FDA0002805048460000011
(2.3)参心直角坐标转参心大地坐标：
L＝acrtg(X/Y)
Figure FDA0002805048460000012
H＝Z/sinB-N(1-e2)
其中，(B，L，H)为大地坐标，(X，Y，Z)为直角坐标，e为椭球的第一偏心率，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，(εX，εY，εZ)为旋转矩阵，K为尺度参数。
4.根据权利要求2所述的基于图斑矢量监测防波堤变形的方法，其特征在于：步骤(5)中，变形距离的计算方法为：
Figure FDA0002805048460000021
其中Δx，Δy，Δz为监测点在不同时间遥感影像中的位移差，d为变形距离。
5.根据权利要求2所述的基于图斑矢量监测防波堤变形的方法，其特征在于：在步骤(6)中，计算结果越接近0，说明码头越稳定。
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