WO2012145884A1

WO2012145884A1 - 一种工程建筑沉降的监测方法与监测系统

Info

Publication number: WO2012145884A1
Application number: PCT/CN2011/073233
Authority: WO
Inventors: 于起峰; 姜广文; 刘肖琳; 伏思华; 尚洋
Original assignee: 中国人民解放军国防科学技术大学
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2012-11-01
Also published as: EP2703774A4; EP2703774B1; EP2703774A1

Description

一种工程建筑沉降的监测方法与监测系统

技术领域

本发明涉及工程建筑质量检测领域，具体涉及一种利用位移传递像机链的摄像测量技术，实现工程建筑沉降的自动监测。背景技术

工程建筑，特别是交通领域的工程建筑，例如，铁路、公路、隧道等基础交通设施的广泛建设与使用，对国民经济和社会生活起到了极其重要的作用。基础交通设施在建设和运营过程中，如发生的路基沉降、围岩变形和坍塌事故，会带来安全隐患，甚至是重大财产损失和人员伤亡。特别是高速铁路的建成和发展，其路基的微小变形都会造成运营质量下降，影响运营安全。

例如，在隧道的施工过程中和长时间运营过程中，会受到车辆行驶时产生的压力、外部土层对隧道外壁的挤压应力、因土层中的空洞而造成的其它应力等各种因素的影响，可能会发生局部断面形变和整体沉降，导致隧道管壁在纵向和横向上发生位移。这种形变开始是微量的，但如果没有及早发现并对其进行维护，会对隧道的安全埋下很大隐患，甚至还会影响到周边建筑。

又如，车辆在公路、铁路上行驶时，车辆速度、重量、及车辆与路面的相互作用会使路基发生沉降，给车辆和人身安全带来潜在的威胁。因此，研究开发交通领域的工程建筑沉降自动监测系统，并建立预警机制有助于及时发现和防止危害的发生，从而提高交通设施的运营质量，避免财产损失和人员伤亡。

常规的交通领域的工程建筑沉降自动监测系统主要采用水准仪、测距仪、经纬仪及全站仪等测量测绘仪器进行测量，虽然操作过程直观、便于实现，但每次执行监测任务所需观测时间长、效率低、工作量大、测量成本高，难以实现测量过程的自动化，使观测时段和观测频率受限制，无法满足当前日益增长的工程建筑施工和运营维护的要求。摄像测量是一种相对成熟的测量技术，将像机安装在固定的基座上并保持水平，可以很方便的测出观测点的沉降。如果像机安装平台自身有沉降，需要采取技术手段稳定保持像机水平指向。但实际工程中由于地基的不稳定，难以将像机置于稳定平台上，而在非稳平台上保持像机绝对水平的难度和成本很大。实际应用中，像机安装位置可能会发生沉降、俯仰变化（像机光轴与水平面之间的夹角变化）或旋转角变化（像机绕光轴旋转的角度），带来较大的测量误差。例如，在像机与标志距离 50 m时，若测量过程中像机光轴有 30角秒的俯仰，所引起的测量误差约为 7.5 mm。因此，传统的摄像测量技术在实际应用中很难取得较好的效果。

在实际测量路基、地面、桥梁沉降等工程建筑应用中，需要在可能下沉的环境中进行测量，如高速公路或高铁路基沉降测量中，测量仪器通常不能远离路基两侧放置，但沿路基两侧较近的位置本身可能是待测区域，自身存在沉降。目前，对于这种路基区域不稳定的工程环境中，还没有对路基、地面、桥梁的沉降进行长时间自动监测的实用有效方法。发明内容

有鉴于此，本发明提供一种工程建筑沉降的监测方法，该方法可实现对路基、地面、桥梁等工程建筑的沉降情况实施高精度、长时间连续自动监测。

本发明一种工程建筑沉降自动监测方法，在各待测点设置测量站，所述测量站包括由 2个以上分立像机固定连接构成的多头像机站，和 /或可随工程建筑沉降的标志，该方法包括：

标定出每个像机的内参数（焦距、主点、畸变系数等）及对相应拍摄的各标志的放大倍数；

各像机同步采集标志的图像；

提取各标志在图像中的位置；

将各标志的坐标数据按成像几何约束关系进行运算，获得各标志在竖直方向位移量，以监测工程建筑沉降。

优选的，如不考虑旋转角，多头像机站 ·所拍摄左侧两个、右侧两个标志在竖直方向位移量运算公式为：

hM(m) = ^kM(m) (Ay_M(m) - ^Λ + ^dM(m) · ^sin ^ ) 式丄

、 ·+ι) = ¾₊i) (^Δ¾_(ί+ΐ) - Ay° +

· sin θ^α )

其中， h为标志在像机图像中的位移量， k为图像对其标志的放大倍数；为标志或多头像机站的沉降量； 6是标志与对应像机之间的距离；为编号为 α的多头像机站的倾角改变量。

在测量点设置至少 2个严格不动或沉降变形已知的控制点，使式 1中未知数个数等于或小于 4«。

优选的，考虑旋转角，多头像机站 ·所拍摄左侧两个、右侧两个标志在竖直方向位移量运算公式为：

2

其中，设旋转之前像机图像坐标系为旋转之后为 a为 OP i x轴之间的夹角，为旋转后 ^ '轴与 X轴之间的夹角，为标志在像机图像中的位移量，为图像对其标志的放大倍数；为标志或多头像机站的沉降量； 6是标志与对应像机之间的距离；为编号为 Q '的多头像机站的倾角改变量。

优选的，每个标志上设置 2个以上标记点，使式 2中方程个数大于或等于 8n个。优选的，在每两个多头像机站之间布设 3个以上标志，取 3个标志时，使式 2中方程个数为 6n个；在测量点设置至少两个严格不动或沉降变形已知的控制点，使得式 2中未知数的个数等于或小于 6«。

优选的，如所述工程建筑为隧道换顶，则隧道换顶沉降量：

Ιτξ! = (AX_TJ - Ay^a + ■ sin θ^α ) + β^α ίξ; cos οξΐ

优选的，如所述工程建筑为隧道换顶，设多头像机站中的一台像机拍摄换顶标志，设该像机与朝水平方向拍摄的像机之间的夹角为则隧道换顶沉降量：

= ((Δ - Ay^a ) cos ^α + ■ sin ■ ) + β^α ! cos

其中，多头像机站 α自身的沉降量、俯仰量和旋转量分别为 Δ '·、 θ^α和 β^α , 所拍摄的换顶标志点在图像中的位移量为 , 像点与图像主点之间的距离为 ις , 像点与图像主点连线与图像水平轴的夹角为，换顶标志点的沉降量为

AX_TJ , 换顶标志与像机之间的距离为/¾^;。

本发明还提供一种工程建筑沉降的监测系统，该系统可实现对路基、地面、桥梁等工程建筑的沉降情况实施高精度、长时间连续自动监测。

本发明一种工程建筑沉降自动监测系统，在各待测点设置测量站，所述测量站包括由 2个以上分立像机固定连接构成的多头像机站，和 /或可随工程建筑沉降的标志，及与各测量站连接的数据处理终端；所述数据处理终端包括标定单元、标志位置提取单元和竖直方向位移量计算单元；

各像机，用于同步采集标志的图像；多头像机站中的各像机之间的几何关系根据现场需求设定，且固定和已知；

所述标定单元，用于标定出每个像机的内参数（焦距、主点、畸变系数等）及对相应拍摄的各标志的放大倍数；

标志位置提取单元，用于提取各标志在图像中的位置；竖直方向位移量计算单元，用于将各标志的坐标数据按成像几何约束关系进行运算，获得各标志在竖直方向位移量，以监测工程建筑沉降。

优选的，所述多头像机站与标志固定连接。

优选的，还包括，在测量点设置严格不动或沉降变形已知的控制点。与现有技术相比，本发明具有以下明显的优点：

本发明无须将像机光轴调水平，不需要像机自稳装置，解决了实际工程中测量设备安装位置可能存在沉降和倾斜的测量问题。本发明多头像机站可以安装在路基自身可能存在沉降和倾斜的区域，有^艮强的工程实用性，可以实现对路基、地面、桥梁沉降的自动、高精度、长时间、连续测量。附图说明

图 1为路基与地面沉降测量系统组成示意图；

图 2为用于沉降测量的测量站布设示意图；

图 3为工程建筑沉降监测方法流程图；

图 4为考虑像机俯仰时求解沉降量的原理示意图；

图 5为考虑像机旋转时求解沉降量的原理示意图；

图 6为用于换顶沉降测量的系统示意图；

图 7为用于两侧路基沉降测量的系统；

图 8为多头像机站和标志固连在一起的沉降测量形式示意图；

图 9为像机光轴与标志运动方向不垂直时的误差分析图；

图 10为工程建筑沉降监测系统示意图。具体实施方式

本发明提出位移传递像机链摄像测量方法，能够在自身可能存在沉降的测量区域条件下，实现对路基、地面、桥梁等工程建筑的沉降情况实施高精度、长时间连续自动监测。图 1为路基沿线布置的测量系统示意图，在各待测点安装测量站，测量站上按照需要安装多头像机站 11或标志 12。其中，多头像机站 11由 2个或多个分立像机固连构成，分立像机各指向不同待测点。由 2个分立像机构成时亦称为双头像机站。图 1中，系统两端和两个相邻多头像机站之间各有 2个标志 12, 实际测量时可根据需要选择标志 12的个数。多头像机站 11配置有图像处理系统或传输系统，并配有电源，当采用发光标志 12时也需要给标志 12配备电源。

标志 12是指在各待测点处安装的或原有的标志，是可随路基下沉的待测标志 12, 标志 12可以由一个或多个任何被计算机可以识别的标记点组成。例如，便于高精度定位的人工制作的多个标记点（十字丝、圓斑或对顶角等）组成的合作标志，或者路基、铁轨上设置的标记点，甚至是待测点附近相应的自然景观特征。标志 12可以主动发光，也可以依靠反射日光或其他光源进行成像。标志 12优选为红外发光标志，以满足全天时测量需求。

像机是摄像测量学中的图像获取工具，可动态、实时的采集图像和测量。多个多头像机站 11及其之间的各个标志 12构成的测量链路为像机链。测量链路和路基线路都不要求是直线。

工作时，多头像机站 11 中的各像机同步采集图像；将拍摄得到的各个标志 12的图像数据传输进图像处理系统 13, 图像处理系统 13提取得到各标志 12在各个图像中的位置后，发送至数据处理中心 14, 由数据处理中心 14提取各个标志位置并综合若干控制点（严格不动或沉降变形已知）的沉降信息处理得到最终的路基沉降数据。当然，该过程中也可由像机直接将图像数据通过传输系统传送至数据处理中心 14。

多头像机站 11安装在自身可能存在沉降的地基上，通过像机链将控制点和各标志点连接起来。测量系统中，同一多头像机站 11 中各像机之间存在固连约束，即各像机的俯仰角、旋转角及沉降量分别为同一物理量；相邻不同多头像机站 11对其间相应标志 12的成像存在同名约束，即不同像机图像中的同名标志 12的沉降量和角变量分别为同一物理量。这两种约束与像机链共同构建位移传递测量算式关系，测量多头像机站 11 自身的沉降、俯仰或旋转量，并消除其带来的影响，从而得到各标志 12及各多头像机站 11所在位置的沉降。

本发明是利用各个标志 12在各个多头像机站 11中成像的位移，传递测量各标志 12和各多头像机站 11的沉降位移。见图 3 , 测量过程如下：

步骤 S301、根据测量现场要求，在每个需要测量的位置设立测量站，在测量站上安装多头像机站 11或标志 12;

步骤 S302、标定出每个像机的内参数（焦距、主点、畸变系数等）及对相应拍摄的每个标志 12, 及放大倍数；

步骤 S303、测量系统中各像机同步采集图像；

步骤 S304、各像机对应的图像处理系统或数据处理中心处理采集的图像序列，从中高精度提取各个标志 12在图像中的位置。该提取算法在现有技术中比较成熟，不需赘述。

步骤 S305、将各标志 12坐标数据按成像几何约束关系统一进行处理，得到路基最终的沉降数据。

图 2为工程建筑中存在沉降的某一段。以相邻多头像机站 11之间设置的两个标志 12为例。设像机链中共有 n个多头像机站 11和 2n+2个标志 12, 从左至右将标志 12与多头像机站 11编号为 Ml (左端第 1个标志），^1 (左端第 2 个标志）， C1 (第 1 个多头像机站）， ...， Mi、 Si, Ci, M(i+l), S(i+l),

^(«+1)。每个像机同时拍摄左侧或右侧的两个标志 12。标志 12可以安装在路基上或其它需要测量的位置（如隧道换顶、另一侧的路基），需要时也可以与多头像机站 11安装在一起。设标志点处仅有沉降。分析可知，像机所拍图像中标志 12的竖直位移量主要由以下四项组成：

1、是标志自身沉降引起的图像位移； 2、是像机自身沉降引起的图像位移；

3、是像机俯仰角变化引起的图像位移；

4、是像机旋转角变化引起的图像位移。

实际工程应用中，可能会发生像机光轴在水平面内的方位角变化，该角度变化一般 4艮小并且不影响沉降量的测量，为了筒化分析，将该角度忽略。下面首先推导不考虑旋转角的沉降求解算式，然后推导完整考虑四项因素时沉降求解算式。

如图 4所示，只考虑前 3项因素时，多头像机站 ·所拍摄左侧两个、右侧两个标志 12的图像中的竖直方向位移量分别为：

¾₊D = (Δ ·₊₁₎ - Δ + d_s ^c{_i+l) · sin θ^α ) 算式 (1)中多头像机站的编号统一放在右上标，标志编号统一放在右下标；为标志在像机图像中的位移量，为图像对其标志的放大倍数；为标志或多头像机站的沉降量； 6是标志与对应像机之间的距离；为编号为 ·的多头像机站的倾角改变量。 h、 d、为已知量，、为待求量。

根据算式 (1)分析，根据需求在待测线路上设置《个多头像机站和 2n+2个标志（如图 2所示），进而算式 (1)中可以列出 4«个方程，未知数个数为 4«+2。如果两端或中部存在若干控制点（严格不动或沉降变形已知），算式 (1)中的实际未知数的个数减少，当存在 2个控制点时未知数个数为 4« , 因此，该方程组可解，获得多头像机站 ·所拍摄左侧两个、右侧两个标志 12的图像中的竖直方向位移量。

下面分析第 4项因素，即考虑像机绕光轴旋转对图像位移的影响。如图 5所示，设旋转之前像机图像坐标系为 Ox , 旋转之后为某点尸在原图像坐标系中的坐标为 (Rcos .Rsin )，在新坐标系中的坐标为

(i?cos(a-^),i?sin(a-^)), 其中 R为尸点与原点（图像主点）之间的距离， ot为

(尸与 X轴之间的夹角（已知量）、为旋转后轴与^由之间的夹角（待求量），逆时针方向为正向。由于像机旋转所产生的尸点的等效沉降量为 Ag = Rsm( -β)-Rsm ,当 ^为一个小量时， cos 《l, ή β^β,则 Ag«— ? cos"。因此，加上像机绕光轴旋转的影响后，算式 (1)变为

s ⁽²)

οξ{_Μ)

算式 (2)称为位移传递测量算式，其中各上标或下标量的含义与算式 (1)中相同。设整个测量系统有《个多头像机站，各相邻多头像机站间有 2个标志，即共有 2«+2个标志，当每个标志上只有一个标记点时，按照算式 (2)可以列出 4«个方程，而未知数个数为 5«+2。为了使方程组可解，可以采取以下措施： a)按照图 2布设多头像机站和标志，但每个标志上需要 2个或 2个以上标记点，取 2个标记点进行计算时，算式 (2)中方程个数变为 8«, 但独立方程的个数为 5«, 未知数仍为 5n+2, 需要已知两端或中部存在 2个或 2个以上控制点，方能求解其他点的沉降。

b )按照图 2布设多头像机站，但每两个多头像机站之间布设 3个或 3个以上标志，取 3个标志时，方程个数变为 6«个，未知数个数变为 6«+2, 当存在 2个或 2个以上控制点时，未知数个数等于或小于 6«, 则方程组可解。

实际测量中，还可以针对不同的需求设置多头像机站和标志，然后按照上面算式推导的原理，根据各标志在相邻像机中的成像位移推导出实际的传递测量方程组，进而求解出工程中每一个标志点的沉降量、多头像机站所在位置的沉降量及多头像机站的俯仰和旋转变化量。

本发明无须将像机光轴调水平，也不需要用到像机自稳装置，在测量过程中多头像机站的俯仰角和旋转角变化量及沉降量可以作为未知数直接解算出来。因此，本方案中多头像机站可以安装在自身可能存在沉降的区域，并且测量出自身的沉降量，有很强的工程实用性。

下面说明隧道换顶和两侧路基沉降测量示例。

本技术方案可以同时测量隧道换顶的沉降。如图 6所示，在换顶 51的若干待测横断面上布设若干标志 12。多头像机站 11能够同时看到路基上和换顶上布设的标志。换顶标志的沉降可以作为整个系统的一部分进行求解，即作为算式 (2)中的未知数进行求解，也可以在测量出路基沉降的基础上进行求解。

如前所述，当多头像机站自身的沉降量、俯仰和旋转变化量已经得到，则换顶标志的沉降量能够方便求得。设多头像机站 · 自身的沉降量、俯仰量和旋转量分别为 Δ ''、 θ^α和 β^α , 所拍摄的换顶标志点（编号为 ¾ 在图像中的位移量为/^ , 像点与图像主点之间的距离为，像点与图像主点连线与图像水平轴的夹角为换顶标志点的沉降量为 ΔΧ . , 换顶标志与像机之间的距离为/ 则有

= (AX_TJ - Ay^a + ■ sin θ^α ) + β^αίξ; cos (3) 算式 (3)中除 ΔΖ .之外的所有量均已知，因此 ΔΧ .可求。

本方案测量隧道换顶沉降时，还可以如图 6中右侧多头像机站所示，多头像机站中的一台像机拍摄换顶标志。设该像机与朝水平方向拍摄的像机之间的夹角为 0, 则算式 (3)变为

= ( - Ay^a ) cos ^α + ■ sin ■ ) + β^α ! cos (4) 算式 (4)中的夹角 0可以事先标定，因此 ΔΑ^同样可求。同理，本技术方案可以同时测量路基两侧的沉降。如图 7所示，在路基 A 侧设置若干多头像机站和标志点，其中多头像机站可以由两台像机组成，即每个方向的像机同时拍摄道路两侧标志，如 C1所示；多头像机站可以由三台像机构成，如 C2所示。 B侧的标志还可以设置在多头像机站的平行位置，如图 6中多头像机站 C3和标志 M3所示，测量 A侧路基沉降的像机的俯仰角（旋转角）对应于测量 B侧路基沉降的像机的旋转角（俯仰角）。两侧路基的沉降可以作为一个统一的测量系统同时求解，也可以在 A侧路基的多头像机站的沉降量、俯仰角和旋转角变化量求得之后，再求解 B侧标志的沉降量。

下面说明标志与多头像机站固连安装的测量方式示例

图 8为直接将标志与多头像机站安装在一起进行测量的方式示例，每个多头像机站上安装一个标志（可由多个标记点组成）构成一个测量站。相邻多头像机站之间也可以安装一个或多个标志。下面以相邻多头像机站之间不安装标志为例进行分析，第个测量站处，标志的沉降量等于多头像机站的沉降量，设为 Δ ,像机的倾角设为^ 绕光轴的旋转角设为。当不考虑旋转角的影响时，则算式 (2)可写为

其中、 ( · = -1, + 1)分别表示第 _/·( · = ζ·-υ + 1)个测量站的标志在第个测量站的像机中所成图像的竖直位移量及图像放大倍数，、 ¾ = - U + l)的含义与此类似。

当不考虑旋转角时，方程 (5)变为

不考虑旋转角时，对《个测量站，未知数个数为 2«+2个，方程个数为 2« 个，当存在 2个或 2个以上控制点时方程组可以求解。

当考虑旋转角时，对《个测量站，未知数个数为 3«+2个，方程个数为 2« 个，因此每个标志中需包含 2个或 2个以上标记点。以 2个为例，当测量线路中包含《个测量站时，方程的个数为 4«个，相互独立的方程的个数为 3«个，未知数个数为 3«+2个，因此当存在 2个或 2个以上控制点时方程组可以求解。相比标志与多头摄像机分开设置进行测量原理，本方式只能测量像机所处位置的沉降量，未能利用标志点测量站，对同样多的测量点，所需像机成倍增加，实际应用中会增加成本。

本测量方式也可以在由多头像机和标志组成的测量站之间布设一个或多个标志，具体位移传递测量算式可根据实际情况推导。

下面进行误差分析。

( 1 ) 当像机光轴初始时刻或者由于安装位置倾斜引起光轴不水平时，标志在铅垂方向的运动测量会有一定的误差。如图 9所示，像机光轴与水平面不平行，标志在铅垂方向的运动为，则与垂直于光轴方向的运动: ^在图像平面上的运动效果是一致的。且与 ^之间的夹角等于光轴与水平面之间的夹角，设为& 设 OB与光轴之间的夹角为 ^ 则与 ^之间利用三角形关系可推导得到

设摄像机拍摄视场 1 mxl m, 拍摄距离 50 m, 则视场角为 1.15°, 所以

AB ΑΒ

均为小角度，此时 (7)式可近似为 Ι - γδ , 当产时, 0.9996 ,

AC AC 因此该误差 ^艮小，可以忽略。

( 2 )考虑双头像机站时，默认为两个像机的光轴相互平行，当两个像机之间的光轴之间存在一个夹角时，此时拍摄原理与拍摄隧道换顶标志的多头像机站拍摄原理类似。设两个像机光轴之间的夹角为 ^ 则双头像机站 ·拍摄标志 Μζ·+ι)的算式由 (2)中的

变为

= ((△ ) - ) cos φ^α + ¾_m) · sin θ^α ) + cos

二者之间的区别仅在于一个 cos , 当为一个小角度时， c ^a l , 此时可以忽略该误差的影响。

基于上述工程建筑沉降自动监测方法，本发明还提供一种工程建筑沉降自动监测系统。见图 10, 在各待测点设置测量站，所述测量站包括由 2个以上分立像机固定连接构成的多头像机站 11 , 可随工程建筑沉降的标志 12, 及与各测量站连接的数据处理终端 14; 数据处理终端 14包括标定单元 141、标志位置提取单元 142和竖直方向位移量计算单元 143;

各像机，用于同步采集标志的图像；

所述标定单元 141标定出每个像机的内参数（焦距、主点、畸变系数等）及对相应拍摄的各标志的放大倍数；

标志位置提取单元 142提取各标志在图像中的位置；

竖直方向位移量计算单元 144 将各标志的坐标数据按成像几何约束关系进行运算，获得各标志在竖直方向位移量，以监测工程建筑沉降。具体运算方式参见前述各算式，不再赘述。

本发明同一多头像机站中各像机之间存在固连约束，即各像机的俯仰角、旋转角及沉降量分别为同一物理量，相邻不同多头像机站对其间相应标志的成像存在同名约束，即不同像机图像中的同名标志的沉降量和角变量分别为同一物理量。这两种约束与像机链共同构建位移传递测量算式关系，将像机链中各标志的沉降量、各多头像机站的俯仰角、旋转角及沉降量直接解算出来。本方法无须将像机光轴调水平，不需要像机自稳装置，解决了实际工程中测量设备安装位置可能存在沉降和倾斜的测量问题。

本发明中测量过程中不需要将像机光轴调水平，多头像机站可以安装在路基自身可能存在沉降和倾斜的区域，有很强的工程实用性，可以实现对路基、地面、桥梁沉降的自动、高精度、长时间、连续测量。

Claims

权利要求

1、一种工程建筑沉降自动监测方法，其特征在于，在各待测点设置测量站，所述测量站包括由 2个或 2个以上分立像机固定连接构成的多头像机站，及可随工程建筑沉降的标志，该方法包括：

标定出每个像机的内参数及对相应拍摄的各标志的放大倍数；

各像机同步采集标志的图像；

提取各标志在图像中的位置；

将各标志的坐标数据按像机链成像几何约束关系构建的位移传递测量关系进行运算，获得各测量站位置在竖直方向位移量，以监测工程建筑沉降。

2、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，如不考虑旋转角，多头像机站 ·所拍摄左侧两个、右侧两个标志在竖直方向位移量传递测量运算方式为：

< = - sin θ^α )

式 ¹

¾₊ΐ) = ¾₊！) (Δ¾_(ί+1) - Ay^a + - sin θ^α ) 其中，为标志在像机图像中的位移量，为图像对其标志的放大倍数；为标志或多头像机站的沉降量； 6是标志与对应像机之间的距离；为编号为 α的多头像机站的倾角改变量。

3、如权利要求 2所述的方法，其特征在于，在若干测量站点设置至少 2 个严格不动或沉降变形已知的控制点，使式 1中未知数个数等于或小于 4«。

4、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，考虑旋转角，多头像机站 · 所拍摄左侧两个、右侧两个标志在竖直方向位移量传递测量运算方式为： (Ay Ay^Ci-d_m ^c -^e^Ci)- ^CiR_m ^c∞^a_m ^c

j a

k (Ay_Si - Ay^a - · sin θ^α ) - β^αΐ ; cos oc

Ci _

M(+l)一 -△/'_{+ +i S}iW)W ^aR ^nCi cos ^Ci

(z+1) ^^υϊ> "M(W) S(i+l) : (Δ¾₍,₊₁₎ ~Ay^a+ d ₊₁₎ · sin θ^α ) + ^aCiR ^nCi cos ^Ci

S(i+1) ^ ^ί> ^(z+l)

其中，设旋转之前像机图像坐标系为旋转之后为 a为 OP与 X轴之间的夹角，为旋转后 ^ '轴与 X轴之间的夹角，为标志在像机图像中的位移量，为图像对其标志的放大倍数；为标志或多头像机站的沉降量； 6是标志与对应像机之间的距离；为编号为 α的多头像机站的倾角改变量。

5、如权利要求 4所述的方法，其特征在于，每个标志上设置 2个或 2个以上标记点，使式 2中方程个数等于或大于 8«个。

6、如权利要求 4所述的方法，其特征在于，在每两个多头像机站之间布设 3个或 3个以上标志，取 3个标志时，使式 2中方程个数为 6n个；在若干测量站点设置至少两个严格不动或沉降变形已知的控制点，使得式 2中未知数的个数等于或小于 6«。

7、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，如所述工程建筑为隧道换顶，则隧道换顶沉降量：

= (AX_TJ - Ay^a + D^! sin θ^α ) + β^αΐξ! cos 。

8、如权利要求 1所述的方法，其特征在于，如所述工程建筑为隧道换顶，多头像机站中的一台像机拍摄换顶标志，设该像机与朝水平方向拍摄的像机之间的夹角为则隧道换顶沉降量：

= ((Δ - Ay^a ) cos ^α + ■ sin ■ ) + β^α ! cos

其中，多头像机站 Ci自身的沉降量、俯仰量和旋转量分别为 Λγ^α、 θ^α和 β^α , 所拍摄的换顶标志点在图像中的位移量为 , 像点与图像主点之间的距离为 ις, 像点与图像主点连线与图像水平轴的夹角为，换顶标志点的沉降量为 AX_TJ , 换顶标志与像机之间的距离为 ¾^;。

9、一种工程建筑沉降自动监测系统，其特征在于，在各待测点设置测量站，所述测量站包括由 2个或 2个以上分立像机固定连接构成的多头像机站，可随工程建筑沉降的标志，及与各测量站连接的数据处理终端；所述数据处理终端包括标定单元、标志位置提取单元和竖直方向位移量计算单元；

所述标定单元，用于标定出每个像机的内参数及对相应拍摄的各标志的放大倍数；

标志位置提取单元，用于提取各标志在图像中的位置；

竖直方向位移量计算单元，用于将各标志的坐标数据按成像几何约束关系进行运算，获得各测量站位置在竖直方向的位移量，以监测工程建筑沉降。

10、如权利要求 9所述的系统，其特征在于，所述多头像机站可以与标志固定连接。

11、如权利要求 9所述的系统，其特征在于，还包括，在若干个测量站点设置严格不动或沉降变形已知的控制点。