摄影测量是一种全局化、非接触、自动化程度高、环境适应性强的量测手段，被应用于许多领域。曲哲等[1]利用数字摄影测量记录分析混凝土梁抗剪性能，王凤艳等[2]利用数字摄影测量自动提取掩体裂隙迹长信息，任伟中等[3]将近景摄影测量应用于模型试验的变形测量中，王秀美等[4]将近景摄影测量应用于滑坡检测中。但振动台试验所采用的缩尺模型往往具有很高的频率，若采用普通摄像机记录试验过程，则会丢失很多信息，无法将摄影测量应用于振动台动力模型试验中。鉴此，本文利用高速相机记录试验过程，再利用数字图像处理技术，获得标示点处的试验结果，并将摄影测量技术应用于Koyna重力坝振动台模型试验中，效果较好。
1 高速摄影测量
1.1 摄影测量设备简介
Mega Speed高速相机产于加拿大国家实验室，具体参数见表1，在最大分辨率下最高采样频率可达1 000fm/s以上，能满足水工建筑物振动台动力模型试验高采样频率的要求。
1.2 标示点识别方法
摄影测量中，人工标示点的应用是提高测量速度和精度的手段之一，因此对人工标示点的自动检测和精确定位一直为研究的热点。人工标示点的量测方法主要有人工量测、半自动量测和全自动量测。人工量测的精度为1/2像素[5];半自动量测指人工给出标志的近似位置或对自动检测算法进行适当的人工干预后进行高精度定位[6];全自动人工标志量测需已知标志的形状，用算法自动检测出标示点后，再对标示点中心进行精确定位，定位的精度可达到1/10～1/100像素[7，8]。本文采用人工标示点，见图1。具体做法为：①利用Grade边缘算子对标示点进行边缘识别，得到标示点的边缘图像，见图2。②精确确定标示点在每一帧间的位置为摄影测量识别的关键。本文采用霍夫变换(HT)实现。HT的基本原理为提取直线、圆、椭
圆、二次曲线甚至是任意形状的边缘，实现了从一种图像空间到参数空间的映射。HT的基本思想为将图像空间内具有一定关系的像素进行聚类，寻找能把这些像素用某一解析形式联系起来的参数空间累积对应点。对一个半径为r、圆心坐标为 (a，b)的圆，其边界上的任意一点 (xi，yi)满足：
对参数空间 (a，b，r)进行适当离散，得到一个三维的累加器矩阵，矩阵中的元素对应离散的参数空间。同时利用圆的固有属性，圆心位于距离圆上某点梯度方向距离r处。遍历所有图像空间点和离散参数空间后，累加器中最大的参数(a，b)对应半径为r的圆心坐标。
基于梯度信息的HT算法流程见图4。
1.3 算例
图5为具有精确圆心坐标的原始图像。对图5图像进行边缘检测、HT后，识别到的圆心和以识别到的参数 (a，b，r)绘制的圆形见图6。其累加器矩阵的平面和空间视图见图7。图6、7表明，HT变换对圆心坐标的检测具有较高精度。圆心坐标精确值与检测值之间的比较见图8。
2 振动台试验
2.1 试验简介
由于有限元计算中边界条件、材料本构关系等不确定性的简化，使计算结果精度受到限制。结构动力模型试验是研究结构非线性动力响应与地震破坏形态的一种重要手段，也是验证数值分析方法的一种有效方法。Koyna重力坝的震害具有代表性，对其开裂破坏等研究较多[9，10]。考虑到混凝土施工过程中分层浇筑，在层面上存在薄弱面，因此本文假定其开裂面在坝体折坡处，沿水平向扩展至上游面，见图9。模型坝高1.471m，顺河向长1.003m，厚0.120m，相似比尺见表2。坝体采用加重橡胶制成，材料参数满足相似要求。各橡胶块之间采用801胶粘接，底部采用环氧树脂粘接于钢板之上，钢板通过螺栓与振动台刚性连接，模型侧面自由。整个试验系统的组成见图10。
2.2 结果分析
以1 000fm/s的摄像速度对试验过程进行记录，分析图9中6处(坝址)标示点的位移时程，并与台面传感器所记录的台面位移时程进行比较，结果见图11。结果表明，摄影测量识别结果精度较高。
为研究开裂缝面的张合情况，将图像识别的结果经相似转换到原型后与有限元数值模拟结果进行比较，结果见图12。结果表明，摄影测量高达1000Hz的摄像频率很好地记录了开裂缝面的张合过程，再加上标示点识别技术的应用，识别精度较高，与有限元计算结果吻合，证明了计算和试验结果的正确性。
试验和数值计算均表明，空库条件下，在实测Koyna地震动作用下，开裂后的坝体能保持稳定。
3 结语
a.将高速摄影测量技术应用于水工结构振动台动力模型试验中，在标示点的属性识别过程中利用HT变换实现了高精度的识别。与普通接触式传感器相比，该识别方法精度较高，可应用于结构振动台动力模型试验中。
b.高速摄影测量应用简单，能同时捕获大量模型信息，且不接触被测物体，不会对被测物体产生干扰，自动化程度高。
参考文献：
[1]曲哲，陆新征，叶列平，等.数字摄影测量在混凝土梁受剪性能研究中的应用[J].建筑结构学报，2006，27(S2)：936-939.
[2]王凤艳，陈剑平，庞贺民.应用数字摄影测量提取岩体裂隙迹长信息方法研究[J].世界地质，2006，25(1)：39-42.
[3]任伟中，寇新建，凌浩美.数字化近景摄影测量在模型试验变形测量中的应用[J].岩石力学与工程学报，2004，23(3)：436-440.
[4]王秀美，贺跃光，曾卓乔.数字化近景摄影测量系统在滑坡监测中的应用[J].测绘通报，2002(2)：28-30.
[5]张永生.遥感图像信息系统[M].北京：科学出版社，2000.
[6]Gruen A.TOBAGO -A Semi-automated Approachfor the Generation of 3DBuilding Models[J].ISPRSJournal of Photogrammetry and Remote Sensing，1998，53(2)：108-118.
[7]Fraser C S.Automation in Digital Close-Range Ph-togrammetry[A].Proceeding of the First TransTasman Surveyors Conference[C].New Castle：the1st Trans Tasman Surveyors Conference，1997：12-18.
[8]Xu L，Oja E.Randomized Hough Transform(RHT)：Basic MechaNIsms，Algorithms and ComputationalComplexities[J].Computer Vision Graphic ImageProcess：Image Understanding，1993，57(2)：131-154.
[9]Anil K C，Chakrabarti P.The Koyna Earthquake andthe Damage to Koyna Dam[J].Bulletin of the Seis-mological Society of America，1973，63(2)：381-397.
[10]Pekau O A，Cui Yuzhu.Failure Analysis of Frac-tured Dams during Earthquakes by DEM[J].Engi-neering Structures，2004，26(10)：1 483-1 502.
作者简介：杨会臣(1984-)，男，博士研究生，研究方向为水工结构，E-mail：yanghc@iwhr.com
