攝影測(cè)量在土木工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

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摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了攝影測(cè)量技術(shù)的原理和特點(diǎn)，以單片梁荷載試驗(yàn)裂縫監(jiān)測(cè)為例，通過(guò)橋梁載重的持續(xù)增加，變形量不斷擴(kuò)大，來(lái)研究分析了攝影測(cè)量和人工測(cè)量在橋梁裂縫變形監(jiān)測(cè)中數(shù)據(jù)結(jié)果，做回歸分析統(tǒng)計(jì)，提出攝影測(cè)量技術(shù)在土木工程方面的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合本次研究，希望可以對(duì)攝影測(cè)量技術(shù)在土木工程變形監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用起到一定的參考和幫助，提高其應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：攝影測(cè)量技術(shù)；土木工程；變形監(jiān)測(cè)

正文：

隨著土木工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其建設(shè)條件的復(fù)雜性不斷提高，為了更好地滿足人們對(duì)土木工程建設(shè)實(shí)際需求，在施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)要求越來(lái)越高。部分土木工程項(xiàng)目，尤其是處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的工程項(xiàng)目，需要在很短的時(shí)間內(nèi)完成監(jiān)測(cè)作業(yè)，同時(shí)還不能影響施工的順利進(jìn)行。特別是部分橋梁、隧道等施工現(xiàn)場(chǎng)缺乏足夠的工作場(chǎng)地，很難接觸到布設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。還有應(yīng)急項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方面，必須要保證監(jiān)測(cè)的速度以及效率，同時(shí)不能對(duì)已經(jīng)有病害結(jié)構(gòu)造成損傷。僅僅依靠常規(guī)監(jiān)測(cè)方式很難滿足這方面的要求。攝影測(cè)量技術(shù)屬于一種新的接觸式測(cè)量技術(shù)，可以在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)從不同角度拍攝數(shù)字照片，以此來(lái)建立被測(cè)對(duì)象三維模型，從而得出被測(cè)對(duì)象的基本參數(shù)尺寸。這種測(cè)量方式不會(huì)對(duì)被測(cè)量目標(biāo)造成損傷，同時(shí)有著非常高的信息容量，可以反復(fù)使用，不僅可以用來(lái)測(cè)量靜態(tài)目標(biāo)，同時(shí)還能測(cè)量動(dòng)態(tài)目標(biāo)，時(shí)效性高，不需要深入危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境。本文就攝影測(cè)量技術(shù)在土木工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究分析。

1、攝影測(cè)量技術(shù)

1.1、攝影測(cè)量技術(shù)原理

影像技術(shù)主要是借助被測(cè)物體的多角度照片，建立被測(cè)物體三維模型，以此來(lái)得出被測(cè)物體的參數(shù)以及尺寸坐標(biāo)。比如說(shuō)在隧道測(cè)量方面，借助數(shù)字影像技術(shù)，拍攝隧道斷面多個(gè)角度照片，以隧道斷面的點(diǎn)、線、面快速建立三維模型，獲取其測(cè)量數(shù)據(jù)。影像技術(shù)的主要原理是三角變換，從兩個(gè)或者以上的角度對(duì)物體相同部位進(jìn)行拍攝，以此來(lái)建立物體和拍攝點(diǎn)之間的關(guān)系。在單點(diǎn)三角變換方面，可以通過(guò)已知坐標(biāo)計(jì)算未知坐標(biāo)，或者通過(guò)兩臺(tái)相機(jī)做不計(jì)算相機(jī)位置；在多點(diǎn)三角變換方面，通過(guò)相片不同點(diǎn)的位置坐標(biāo)，建立物體三維模型，計(jì)算物體尺寸。

1.2、攝影測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)

近景攝影測(cè)量技術(shù)的精度一般可以達(dá)到毫米級(jí)，通過(guò)特殊的光線掃描可以達(dá)到微米級(jí)。其主要特點(diǎn)有：第一，在被攝物體信息方面，有著瞬時(shí)性以及精確性，可以得到拍攝瞬間點(diǎn)位之間的相互關(guān)系，可以根據(jù)實(shí)際的測(cè)量目的進(jìn)行靈活的調(diào)整；第二，有著非常豐富的相片信息，可以客觀的顯示被測(cè)物體信息，不僅可測(cè)量外形規(guī)則物體，同時(shí)還可以測(cè)量外形不規(guī)則物體；第三，增添同步裝置，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的實(shí)時(shí)性測(cè)量；第四，可以測(cè)量部分如電弧、燃燒等不可接觸物體；第五，需要有較高精度的控制點(diǎn)布設(shè)，但是可以很大程度上降低室外作業(yè)量；第六，所拍攝的相片能夠長(zhǎng)時(shí)間保存，方便之后進(jìn)行對(duì)比分析。

2、攝影測(cè)量技術(shù)在單片梁荷載試驗(yàn)裂縫監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1、工程概況

在進(jìn)行某高速公路項(xiàng)目的建設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用攝影測(cè)量技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)梁體不同的國(guó)際荷載情況下裂縫發(fā)展?fàn)顩r。因?yàn)轭A(yù)制梁破壞實(shí)驗(yàn)與一般的荷載試驗(yàn)有一定的區(qū)別，同時(shí)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有著較大的危險(xiǎn)性，需要花費(fèi)較長(zhǎng)的試驗(yàn)時(shí)間。在進(jìn)行預(yù)制梁裂縫的觀測(cè)時(shí)，需要通過(guò)多種檢測(cè)方法相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行，在梁體表面位置噴涂油漆做為標(biāo)記，利用人工測(cè)量的方法對(duì)初始裂縫的出現(xiàn)狀況進(jìn)行觀測(cè)；使用專(zhuān)業(yè)的裂縫檢測(cè)儀，觀測(cè)在正常荷載狀況下裂縫的發(fā)展變化；通過(guò)攝影測(cè)量技術(shù)分析梁體在非正常荷載下整個(gè)裂縫區(qū)域的發(fā)展變化。

2.2、預(yù)制梁極限荷載試驗(yàn)內(nèi)容和目的

通過(guò)攝影測(cè)量和人工測(cè)量的兩種不同方式，對(duì)不同荷載等級(jí)情況下裂縫的發(fā)展變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，繪制裂縫的發(fā)展變化與荷載、時(shí)間之間的變化關(guān)系，做出梁體受壓的回歸分析數(shù)據(jù)。通過(guò)監(jiān)測(cè)梁體受壓破壞過(guò)程中裂縫發(fā)展變化趨勢(shì)，分析預(yù)制梁最大承載能力下裂縫的發(fā)展變化趨勢(shì)，可以為預(yù)制梁破壞機(jī)理的研究提供重要的數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)驗(yàn)證混凝土在承受壓力下的配比。將人工測(cè)量的結(jié)果與攝影測(cè)量的觀測(cè)結(jié)果做回歸對(duì)比分析，得出攝影測(cè)量技術(shù)在梁體監(jiān)測(cè)中比人工測(cè)量有很大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)土木工程大型建筑物變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的完善。

2.3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，避免設(shè)備無(wú)法正常使用；在施加荷載之前，需要先做好預(yù)載，對(duì)儀表的工作狀況以及試驗(yàn)測(cè)讀人員的業(yè)務(wù)水平以及檢查。首先進(jìn)行初讀數(shù)，在開(kāi)始加載之前，讀取應(yīng)變儀以及百分表的讀數(shù)，借助放大鏡等工具檢測(cè)梁體是否有裂縫存在，同時(shí)采用攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)梁體進(jìn)行拍照，記錄被監(jiān)測(cè)物體的初始狀態(tài)。之后進(jìn)行加載試驗(yàn)，加載試驗(yàn)可以分為兩個(gè)階段來(lái)進(jìn)行，第一個(gè)階段為梁體在開(kāi)裂之前所進(jìn)行的加載試驗(yàn)，第二個(gè)階段為梁體出現(xiàn)開(kāi)裂一直到完全破壞階段的加載試驗(yàn)。其次是裂縫的觀測(cè)，結(jié)合加載方案，對(duì)觀測(cè)裂縫的變化情況，加載量在達(dá)到400kN時(shí)，出現(xiàn)裂縫，選擇四個(gè)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域選取5條裂縫獲取人工監(jiān)測(cè)和攝影測(cè)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)加載量達(dá)到993kN時(shí)，梁體斷裂。裂縫的觀測(cè)可以分為三個(gè)階段來(lái)進(jìn)行，第一個(gè)階段，未裂階段，壓力未達(dá)到400kN時(shí)，所施加的荷載還沒(méi)有達(dá)到極限水平，梁體不存在開(kāi)裂現(xiàn)象，不會(huì)出現(xiàn)較大的撓度變形。這個(gè)階段梁體不會(huì)出現(xiàn)裂縫或者存在較為細(xì)微的裂縫，為了方便進(jìn)行裂縫的觀測(cè)，可以適當(dāng)?shù)膰娡恳恍┯推嵩诹后w側(cè)面，借助放大鏡觀察不同荷載下裂縫發(fā)展情況，同時(shí)獲取不同角度裂縫影像數(shù)據(jù)，記錄當(dāng)前梁體的狀態(tài)；第二個(gè)階段，帶裂縫工作階段，梁體上所施加的荷載超過(guò)400kN時(shí)，試驗(yàn)荷載的增加，受到混凝土拉力作用，梁體會(huì)有裂縫出現(xiàn)，通過(guò)觀察測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其最大裂縫寬度為0.6mm，這時(shí)候的裂縫寬度還較小，只需要借助裂縫觀測(cè)儀就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫發(fā)展情況的觀察，同時(shí)記錄不同角度裂縫的影像數(shù)據(jù)；當(dāng)荷載達(dá)到500kN時(shí)，其裂縫寬度會(huì)寬于1mm，同時(shí)記錄在兩種測(cè)量方式下的裂縫變化數(shù)據(jù)；第三個(gè)階段，破壞階段，一旦荷載超過(guò)790kN，裂縫的寬度大于3mm，擾度有明顯的增加，荷載993kN梁體斷裂，在這個(gè)階段的試驗(yàn)存在有較大的危險(xiǎn)性，如果仍舊采取人工觀測(cè)的方式，會(huì)嚴(yán)重威脅檢測(cè)人員的生命健康安全，必須采取攝影測(cè)量技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)裂縫發(fā)展?fàn)顩r。

2.4、結(jié)果分析使用人工測(cè)量和攝影測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析

從對(duì)比結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，攝影測(cè)量技術(shù)有著測(cè)量簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快、精度高等優(yōu)勢(shì)能夠更好的滿足測(cè)量的實(shí)際需求，在裂縫寬度較小時(shí)，攝影測(cè)量技術(shù)與人工測(cè)量方式之間數(shù)據(jù)變化存在較為明顯的區(qū)別，攝影測(cè)量精度高于人工測(cè)量，隨著裂縫寬度的增加，攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用效果逐漸凸顯，尤其在部分較為危險(xiǎn)梁體破壞區(qū)域，裂縫寬度超過(guò)5mm，荷載量超過(guò)800kN，人工無(wú)法靠近，攝影測(cè)量技術(shù)有著非常好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

3、結(jié)束語(yǔ)

目前，攝影測(cè)量技術(shù)不斷的更新，而且有著非常廣泛的應(yīng)用，測(cè)量數(shù)據(jù)獲取簡(jiǎn)單容易，與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，首先攝影測(cè)量技術(shù)可以測(cè)出建筑物的相對(duì)變形量，同時(shí)利用現(xiàn)有的影像建模技術(shù)，可生成被測(cè)部分的三維模型，比傳統(tǒng)測(cè)量方法的測(cè)量尺寸更加精確，而且數(shù)據(jù)量更加的全面，同時(shí)還可以使用紋理映射透視圖，以此來(lái)反應(yīng)建筑物的變形趨勢(shì)，結(jié)合三維模型數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體結(jié)構(gòu)信息的定性定量分析。其次，攝影測(cè)量技術(shù)有著簡(jiǎn)單便捷的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)來(lái)源多，只需要通過(guò)拍照的方式就可以完成現(xiàn)場(chǎng)操作，不需要花費(fèi)較多的時(shí)間，將其應(yīng)用在隧道監(jiān)測(cè)方面，可以降低監(jiān)測(cè)過(guò)程對(duì)建筑物運(yùn)行的影響。最后，攝影測(cè)量技術(shù)的測(cè)量精度非常高，如果對(duì)測(cè)量精度有特殊要求，也可以通過(guò)近距離的精細(xì)攝影測(cè)量方式，使測(cè)量精度得到改善和提高。

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作者:強(qiáng)輝強(qiáng) 趙雍 單位:陜西地建土地勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司