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3D激光扫描技术在桥梁变形监测中的应用

发布人:激光制造网

责任编辑:激光制造网通讯员

来源:晋中日报

2014-11-18 09:36

       桥梁有着悠久的历史,在人们的日常生活中起着不可替代的作用。随着社会的不断进步,我国综合国力的不断提高以及科技、施工技术水平的日臻成熟,桥梁对交通运输以及社会经济发展的重要性不断提高,同时也产生了一系列的安全问题。2001年四川宜宾小南门桥断裂塌陷事故;2004年辽宁盘锦田庄台大桥垮塌事故等,除去工程质量、使用不合理等原因外,还与我们的监测预警制度不到位有关。因此,对桥梁全面、准确的监测是迫切而又重要的。

 

       变形监测的原理是在变形体上选择一定数量的具有代表性的特征点,通过对这些点周期性、重复性的观测求它的几何量的变化,从而分析出变形体的变形规律,预测变形体的形变趋势。传统的变形监测方案设计和监测网优化设计的研究较为深入和全面,也取得了丰富的理论研究成果和较好的使用效益。目前,在变形监测方案与监测系统设计方面主要发展方向是监测方案的综合设计和监测系统数据管理与综合处理。

 

       传统变形监测大多使用工程测量方法,它们的特点都是针对稀疏目标点的高精度测量,受周边环境、技术条件等限制因素较多,投入的人力物力也较大,对于观测目标点密集的物体或者不规则的物体则显得无能为力。传统的变形监测方法都是对变形体上选出的那些特征点进行周期性的监测,通过对观测特征点周期性变化的分析,对变形体做出安全与否的评价。其结论过于依赖预设特征点的选取,存在一定的偶然性,不能全面、及时、准确地反映整个变形体空间位置的变化。

 

       三维激光扫描技术起始于上世纪90年代中期,是继gps空间定位技术之后的又一项新型测绘技术,它实现了快速将现实世界的信息三维数字化,为信息数字化发展提供了必要的生存条件。它克服了传统的测量技术的局限性,能够对立体实物进行扫描,解决了将立体世界的信息快速地转换成计算机可以处理的数据,它速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征、性能更强,可以极大地降低成本,节约时间,而且使用方便,其输出格式可直接与cad、三维动画等工具软件接口。三维激光扫描技术采用非接触主动测量方式,可以深入到任何复杂的现场环境中进行操作,直接获取实体的高精度三维点云数据,能够对任意的物体进行扫描,且没有白天和黑夜的限制,快速地将现实世界信息转换成电脑可以处理的数据。它获得的是大量扫描离散点结合的点云数据,数据不仅仅包含点的x、y、z信息,还包括r、g、b颜色信息,同时还有物体反色率的信息,这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉,是一般测量手段无法做到的。

 

       传统的变形监测方法对于变形监测网的质量标准、观测方法以及观测方案有着较为成熟的理论、技术支持,但对于海量的观测点则显得比较薄弱。随着社会的进步、科技水平的不断提高,近代桥梁的结构越来越复杂,跨度和承载量不断增加,使用传统变形监测方法对其进行监测越来越难以切实有效地实行,观测方案的设计、选取更加复杂,后续的数据处理、内业整理的工作量也不断加大,从而影响及时准确地对变形体形变趋势的预测。特别是对正在施工中的桥梁进行监测,鉴于施工现场环境复杂多变,特征点难以选取、留存以及需要能够快速获取形变趋势等因素,使用传统变形监测手段对其进行监测往往不能圆满地完成预期的目标。三维激光扫描技术采用非接触主动测量方式能够直接获取变形体高精度的实时三维模型,通过比对多次获取的变形体三维模型,比对变形体每个部位或者整体的形变规律来断定变形体的形变规律。传统变形监测成果的分析是由统计观测特征点的形变趋势来断定变形体整体形变趋势没法比拟的。因此,个人认为在桥梁的变形监测方面,三维激光扫描技术结合在理论、技术方面形成成熟体系的传统变形监测方案是切实可行的。(作者单位:山西凯嘉能源集团有限公司)