本论文受973课题(课题编号:2013CB035405)资助,承担"硬岩掘进过程状态感知原理"中的掘进过程隧道变形在线测量的研究任务。随着我国经济的发展,城市交通、水利工程、市政建设对于TBM(Tunnel Boring Machine,隧道掘进机)的需求越来越大。我国已经成为对TBM需求量最大的国家,需求量占全球的50%。TBM的施工安全是TBM掘进过程中主要考虑的因素之一,而隧道的变形是影响施工安全的主要因素。过大的隧道变形会造成隧道塌方、TBM卡机等工程事故。因此隧道变形监测系统在TBM掘进过程中具有十分重要的意义。本文提出了基于视觉辅助的隧道变形监测系统以实现隧道变形的自动、精确和及时监测。结合TBM施工情况和监测目标,提出了莹光漆标识待测点,相机检测目标,云台驱动激光位移传感器瞄准目标的方法,并初步研究了双目视觉提高测量效率以及三维点云的拼接方法。论文首先介绍了 TBM的概况和TBM掘进过程中隧道变形所引发的问题,分类介绍了目前国内外隧道变形监测的方法和存在的问题,从而引出论文的研究背景和意义。其次,提出了人工标志点及实验装置的设计方案。对实验装置建立运动学模型,对相机建立视觉模型。将相机捕获的图像进行去噪、阈值分割、腐蚀膨胀等图像处理方法提取目标中心像素坐标。采用基于图像的视觉伺服控制使激光位移传感器的激光束瞄准目标。其次,提出了双目视觉测量目标点间相对距离、激光位移传感器测量三维坐标,并使用半定规划的方法,提高监测系统的测量效率。分析了各参数对测量精度的影响,选择合适的参数用于实际测量中。初步研究了不同时刻测量得到的三维点云的拼接方法。最后,通过模拟实验验证测量系统的精度和测量效率。