攝影測量在土木工程變形監(jiān)測中的應(yīng)用

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

關(guān)鍵詞：攝影測量技術(shù)；土木工程；變形監(jiān)測

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土木工程建設(shè)實際需求，在施工過程中的監(jiān)測要求越來越高。部分土木工程項目，尤其是處于運營狀態(tài)的工程項目，需要在很短的時間內(nèi)完成監(jiān)測作業(yè)，同時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)場缺乏足夠的工作場地，很難接觸到布設(shè)的監(jiān)測點。還有應(yīng)急項目在現(xiàn)場監(jiān)測方面，必須要保證監(jiān)測的速度以及效率，同時不能對已經(jīng)有病害結(jié)構(gòu)造成損傷。僅僅依靠常規(guī)監(jiān)測方式很難滿足這方面的要求。攝影測量技術(shù)屬于一種新的接觸式測量技術(shù)，可以在項目現(xiàn)場從不同角度拍攝數(shù)字照片，以此來建立被測對象三維模型，從而得出被測對象的基本參數(shù)尺寸。這種測量方式不會對被測量目標(biāo)造成損傷，同時有著非常高的信息容量，可以反復(fù)使用，不僅可以用來測量靜態(tài)目標(biāo)，同時還能測量動態(tài)目標(biāo)，時效性高，不需要深入危險作業(yè)環(huán)境。本文就攝影測量技術(shù)在土木工程變形監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行了研究分析。

1、攝影測量技術(shù)

1.1、攝影測量技術(shù)原理

影像技術(shù)主要是借助被測物體的多角度照片，建立被測物體三維模型，以此來得出被測物體的參數(shù)以及尺寸坐標(biāo)。比如說在隧道測量方面，借助數(shù)字影像技術(shù)，拍攝隧道斷面多個角度照片，以隧道斷面的點、線、面快速建立三維模型，獲取其測量數(shù)據(jù)。影像技術(shù)的主要原理是三角變換，從兩個或者以上的角度對物體相同部位進(jìn)行拍攝，以此來建立物體和拍攝點之間的關(guān)系。在單點三角變換方面，可以通過已知坐標(biāo)計算未知坐標(biāo)，或者通過兩臺相機(jī)做不計算相機(jī)位置；在多點三角變換方面，通過相片不同點的位置坐標(biāo)，建立物體三維模型，計算物體尺寸。

1.2、攝影測量技術(shù)特點

近景攝影測量技術(shù)的精度一般可以達(dá)到毫米級，通過特殊的光線掃描可以達(dá)到微米級。其主要特點有：第一，在被攝物體信息方面，有著瞬時性以及精確性，可以得到拍攝瞬間點位之間的相互關(guān)系，可以根據(jù)實際的測量目的進(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物體信息，不僅可測量外形規(guī)則物體，同時還可以測量外形不規(guī)則物體；第三，增添同步裝置，可以實現(xiàn)對動態(tài)目標(biāo)的實時性測量；第四，可以測量部分如電弧、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時間保存，方便之后進(jìn)行對比分析。

2、攝影測量技術(shù)在單片梁荷載試驗裂縫監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1、工程概況

在進(jìn)行某高速公路項目的建設(shè)設(shè)計時，應(yīng)用攝影測量技術(shù)來實現(xiàn)梁體不同的國際荷載情況下裂縫發(fā)展?fàn)顩r。因為預(yù)制梁破壞實驗與一般的荷載試驗有一定的區(qū)別，同時整個實驗過程中有著較大的危險性，需要花費較長的試驗時間。在進(jìn)行預(yù)制梁裂縫的觀測時，需要通過多種檢測方法相結(jié)合的方式來進(jìn)行，在梁體表面位置噴涂油漆做為標(biāo)記，利用人工測量的方法對初始裂縫的出現(xiàn)狀況進(jìn)行觀測；使用專業(yè)的裂縫檢測儀，觀測在正常荷載狀況下裂縫的發(fā)展變化；通過攝影測量技術(shù)分析梁體在非正常荷載下整個裂縫區(qū)域的發(fā)展變化。

2.2、預(yù)制梁極限荷載試驗內(nèi)容和目的

通過攝影測量和人工測量的兩種不同方式，對不同荷載等級情況下裂縫的發(fā)展變化趨勢進(jìn)行分析，繪制裂縫的發(fā)展變化與荷載、時間之間的變化關(guān)系，做出梁體受壓的回歸分析數(shù)據(jù)。通過監(jiān)測梁體受壓破壞過程中裂縫發(fā)展變化趨勢，分析預(yù)制梁最大承載能力下裂縫的發(fā)展變化趨勢，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，同時驗證混凝土在承受壓力下的配比。將人工測量的結(jié)果與攝影測量的觀測結(jié)果做回歸對比分析，得出攝影測量技術(shù)在梁體監(jiān)測中比人工測量有很大的應(yīng)用優(yōu)勢，以此來實現(xiàn)對土木工程大型建筑物變形監(jiān)測技術(shù)的完善。

2.3、實驗過程

在實驗開始之前，對設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，避免設(shè)備無法正常使用；在施加荷載之前，需要先做好預(yù)載，對儀表的工作狀況以及試驗測讀人員的業(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梁體是否有裂縫存在，同時采用攝影測量技術(shù)對梁體進(jìn)行拍照，記錄被監(jiān)測物體的初始狀態(tài)。之后進(jìn)行加載試驗，加載試驗可以分為兩個階段來進(jìn)行，第一個階段為梁體在開裂之前所進(jìn)行的加載試驗，第二個階段為梁體出現(xiàn)開裂一直到完全破壞階段的加載試驗。其次是裂縫的觀測，結(jié)合加載方案，對觀測裂縫的變化情況，加載量在達(dá)到400kN時，出現(xiàn)裂縫，選擇四個區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，每個監(jiān)測區(qū)域選取5條裂縫獲取人工監(jiān)測和攝影測量監(jiān)測數(shù)據(jù)，當(dāng)加載量達(dá)到993kN時，梁體斷裂。裂縫的觀測可以分為三個階段來進(jìn)行，第一個階段，未裂階段，壓力未達(dá)到400kN時，所施加的荷載還沒有達(dá)到極限水平，梁體不存在開裂現(xiàn)象，不會出現(xiàn)較大的撓度變形。這個階段梁體不會出現(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，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)；第二個階段，帶裂縫工作階段，梁體上所施加的荷載超過400kN時，試驗荷載的增加，受到混凝土拉力作用，梁體會有裂縫出現(xiàn)，通過觀察測量，發(fā)現(xiàn)其最大裂縫寬度為0.6mm，這時候的裂縫寬度還較小，只需要借助裂縫觀測儀就可以實現(xiàn)對裂縫發(fā)展情況的觀察，同時記錄不同角度裂縫的影像數(shù)據(jù)；當(dāng)荷載達(dá)到500kN時，其裂縫寬度會寬于1mm，同時記錄在兩種測量方式下的裂縫變化數(shù)據(jù)；第三個階段，破壞階段，一旦荷載超過790kN，裂縫的寬度大于3mm，擾度有明顯的增加，荷載993kN梁體斷裂，在這個階段的試驗存在有較大的危險性，如果仍舊采取人工觀測的方式，會嚴(yán)重威脅檢測人員的生命健康安全，必須采取攝影測量技術(shù)來監(jiān)測裂縫發(fā)展?fàn)顩r。

2.4、結(jié)果分析使用人工測量和攝影測量的現(xiàn)場測試結(jié)果進(jìn)行對比分析

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

3、結(jié)束語

目前，攝影測量技術(shù)不斷的更新，而且有著非常廣泛的應(yīng)用，測量數(shù)據(jù)獲取簡單容易，與傳統(tǒng)測量方法相比，首先攝影測量技術(shù)可以測出建筑物的相對變形量，同時利用現(xiàn)有的影像建模技術(shù)，可生成被測部分的三維模型，比傳統(tǒng)測量方法的測量尺寸更加精確，而且數(shù)據(jù)量更加的全面，同時還可以使用紋理映射透視圖，以此來反應(yīng)建筑物的變形趨勢，結(jié)合三維模型數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對被測物體結(jié)構(gòu)信息的定性定量分析。其次，攝影測量技術(shù)有著簡單便捷的特點，數(shù)據(jù)來源多，只需要通過拍照的方式就可以完成現(xiàn)場操作，不需要花費較多的時間，將其應(yīng)用在隧道監(jiān)測方面，可以降低監(jiān)測過程對建筑物運行的影響。最后，攝影測量技術(shù)的測量精度非常高，如果對測量精度有特殊要求，也可以通過近距離的精細(xì)攝影測量方式，使測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:陜西地建土地勘測規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司