基于数字摄影技术的动态变形数据的卡尔曼滤波分析

doi:10.3976/j.issn.1002-4026.2021.04.018

山东科学 ›› 2021, Vol. 34 ›› Issue (4): 120-126.doi: 10.3976/j.issn.1002-4026.2021.04.018

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基于数字摄影技术的动态变形数据的卡尔曼滤波分析

安丰亮¹,张安梅¹,杨明辉¹,钟华²,孙晓臣³

1.山东正元数字城市建设有限公司，山东烟台 264670；2.青岛市崂山区自然资源局，山东青岛 266100；3.青岛市城阳区自然资源局，山东青岛 266109

收稿日期:2020-08-22 出版日期:2021-07-30 发布日期:2021-08-03
作者简介:安丰亮（1981—），男，硕士，研究方向为工程测量与工业测量。Tel：18730509735，E-mail: 1516449862@qq.com
基金资助:
山东省自然科学基金(ZR201709260285)

Analysis of Kalman filter in dynamic deformation data in digital photography

AN Feng-liang¹, ZHANG An-mei¹, YANG Ming-hui¹, ZHONG Hua², SUN Xiao-chen³

1. Shandong Zhengyuan Digital City Construction Co., Ltd., Yantai 264670,China; 2. Qingdao Laoshan Natural Resources Bureau,Qingdao 266100,China; 3. Qingdao Chengyang Natural Resources Bureau, Qingtao 266109,China

Received:2020-08-22 Online:2021-07-30 Published:2021-08-03

摘要/Abstract

摘要： 为了进一步减弱非量测数码相机噪声对测量精度的影响，提高基于数字摄影技术的工程结构动态变形监测精度，采用标准卡尔曼滤波、方差补偿卡尔曼滤波、极大验后卡尔曼滤波和方差分量卡尔曼滤波分别处理了桥梁弹性大变形数据，研究卡尔曼滤波在处理动态变形数据噪声中的适应性，并进一步量化了方差分量卡尔曼滤波在数据处理中的优势。研究发现，方差分量卡尔曼滤波噪声处理较为稳定，且误差较小。该方法不仅适用于基于数字摄影技术的动态弹性小变形噪声处理，在处理基于数字摄影技术的桥梁动态弹性大变形噪声时，同样具有较好的效果。室内相似材料模型试验研究表明，经过方差分量卡尔曼滤波进行数据处理后，测量误差小于0.5 mm，能够满足变形监测的精度要求。

关键词: 数字摄影技术, 变形监测, 卡尔曼滤波

Abstract: In this study, to reduce the impact of non-measureable noise on the measurement accuracy and to improve the monitoring accuracy of an engineering structure′s dynamic deformation in digital photography, the standard Kalman filter, variance-compensated Kalman filter, maximum posterior Kalman filter, and variance component Kalman filter are used to deal with the bridge elastic large deformation data; the Kalman filtering adaptability in dealing with dynamic deformation data is studied; and the advantages of employing variance component Kalman filter in data processing are quantified. It is found that the noise processing of variance component Kalman filter is stable and the error is small. This method is suitable for the processing of dynamic elastic small deformation noise in digital photography and exhibits good results in the processing of dynamic elastic large deformation noise in digital photography. Laboratory experiments on similar materials show that after data processing via variance component Kalman filter, the measurement error is less than 0.5 mm, which meets the accuracy requirement of deformation monitoring.

Key words: digital photography, deformation monitoring; Kalman filter

中图分类号:

安丰亮, 张安梅, 杨明辉, 钟华, 孙晓臣. 基于数字摄影技术的动态变形数据的卡尔曼滤波分析[J]. 山东科学, 2021, 34(4): 120-126.

AN Feng-liang, ZHANG An-mei, YANG Ming-hui, ZHONG Hua, SUN Xiao-chen. Analysis of Kalman filter in dynamic deformation data in digital photography[J]. Shandong Science, 2021, 34(4): 120-126.

参考文献 22

1	李川, 魏世玉, 刘星, 等. 顾及有色噪声的卡尔曼滤波在多路径误差削弱中的应用[J]. 全球定位系统, 2019, 44(1): 62-67. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2019.01.009
2	陈长坤, 石长伟, 梁四幺, 等. 抗差卡尔曼滤波在矿山地表沉降监测中的应用研究[J]. 北京测绘, 2018(6): 633-638. doi: 10.19580/j.cnki.1007-3000.2018.06.002
3	杨振乾. 抗差卡尔曼滤波在危房监测中的应用[J]. 城市勘测, 2019(6): 181-185.
4	支祖利. 基于模糊自适应卡尔曼滤波的室内定位研究[J]. 阜阳职业技术学院学报, 2020, 31(2): 31-34.
5	叶羽泠, 蔡乐才, 黄洪斌, 等. 位姿自适应卡尔曼滤波SLAM信标循迹的研究[J]. 四川轻化工大学学报(自然科学版), 2020, 33(3): 46-53. doi: 10.11863/j.suse.2020.03.08
6	李嘉波, 魏孟, 李忠玉, 等. 基于自适应扩展卡尔曼滤波的锂离子电池荷电状态估计[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(4): 1147-1152. doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2020.0071
7	付心如, 孙伟, 徐爱功, 等. 组合导航抗差自适应卡尔曼滤波[J]. 测绘科学, 2018, 43(1): 6-10. doi: 10.16251/j.cnki.1009-2307.2018.01.002
8	刘韬, 徐爱功, 隋心. 自适应抗差KF-UKF的超宽带导航定位方法[J]. 测绘科学, 2017, 42(12): 104-111. doi: 10.16251/j.cnki.1009-2307.2017.12.018
9	戴海亮, 肖凯, 孙付平, 等. 三频BDS/INS紧组合的抗差自适应Kalman滤波[J]. 测绘科学技术学报, 2019, 36(1): 11-16. doi: 10.3969/j.issn.1673-6338.2019.01.003
10	刘韬, 徐爱功, 隋心. 基于自适应抗差卡尔曼滤波的UWB室内定位[J]. 传感技术学报, 2018, 31(4): 567-572. doi: 10.3969/j.issn.1004-1699.2018.04.013
11	于承新, 巩建国, 于芳, 等. 空间时间基线视差法在变形监测中的应用探索[J]. 济南大学学报(自然科学版), 2002, 16(4): 375-377. doi: 10.13349/j.cnki.jdxbn.2002.04.020
12	张国建, 于承新. 数字近景摄影测量在桥梁变形观测中的应用[J]. 全球定位系统, 2016, 41(1): 91-95. doi: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.01.019
13	王国辉, 马莉, 杨腾峰, 等. 手持普通相机监测隧道洞室位移的研究与应用[J]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(S2): 5885-5889.
14	张祖勋, 杨生春, 张剑清, 等. 多基线-数字近景摄影测量[J]. 地理空间信息, 2007, 5(1): 1-4.
15	周山,文小岳,李陶,等.近景数字摄影测量及动态卡尔曼滤波在建筑物变形观测中的应用[J].东北测绘,2000,23(3):29-30. doi: 10.3969/j.issn.1672-5867.2000.03.012
16	李兴华, 金光, 翟林培. 遥感相机象移速度的滤波处理[J]. 光电工程, 2000, 27(1): 56-59.
17	张国建.数字摄影测量技术在节制闸震动变形中的应用研究[D].青岛:山东科技大学,2016.
18	ZHANG G J, GUO G L, YU C X, et al. Monitoring dynamic global deflection of a bridge by monocular digital photography[J]. Stavební Obzor-Civil Engineering Journal, 2018, 27(2): 168-182. doi: 10.14311/cej.2018.02.0014
19	ZHANG G J, GUO G L, YU C X, et al. Monitoring instantaneous dynamic displacements of masonry walls in seismic oscillation outdoors by monocular digital photography[J]. Mathematical Problems in Engineering, 2018, 2018: 1-15. doi: 10.1155/2018/4316087
20	ZHANG G J, YU C X, GUO G L, et al. Monitoring sluice health in vibration by monocular digital photography and a measurement robot[J]. KSCE Journal of Civil Engineering, 2019, 23(6): 2666-2678. doi: 10.1007/s12205-019-0869-5
21	ZHANG G J, GUO G L, LV Y, et al.Study on the strata movement rule of the ultrathick and weak cementation overburden in deep mining by similar material simulation: A case study in China[J]. Mathematical Problems in Engineering, 2020, 2020: 1-21. doi: 10.1155/2020/7356740
22	ZHANG G J, GUO G L, LI L, et al.Study on the dynamic properties of a suspended bridge using monocular digital photography to monitor the bridge dynamic deformation[J]. Journal of Civil Structural Health Monitoring, 2018, 8(4): 555-567. doi: 10.1007/s13349-018-0293-4

[1]	于先智，张国建，于承新. 数字摄影技术观测钢结构震动变形的研究[J]. 山东科学, 2015, 28(6): 133-138.
[2]	张国建，于先智，于承新. 数字摄影技术监测桥梁震动变形的研究[J]. 山东科学, 2015, 28(5): 85-90.

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Analysis of Kalman filter in dynamic deformation data in digital photography

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