三維激光掃描在橋梁變形監(jiān)測方面的應用

 導讀： 橋梁有著悠久的歷史,在人們的日常生活中起著不可替代的作用。隨著社會的不斷進步,我國綜合國力的不斷提高以及科技、施工技術水平的日臻成熟,橋梁對交通運輸以及社會經(jīng)濟發(fā)展的重要性不斷提高,同時也產(chǎn)生了一系列的安全問題。
 　　OFweek激光網(wǎng)訊：橋梁有著悠久的歷史,在人們的日常生活中起著不可替代的作用。隨著社會的不斷進步,我國綜合國力的不斷提高以及科技、施工技術水平的日臻成熟,橋梁對交通運輸以及社會經(jīng)濟發(fā)展的重要性不斷提高,同時也產(chǎn)生了一系列的安全問題。2001年四川宜賓小南門橋斷裂塌陷事故;2004年遼寧盤錦田莊臺大橋垮塌事故等,除去工程質(zhì)量、使用不合理等原因外,還與我們的監(jiān)測預警制度不到位有關。因此,對橋梁全面、準確的監(jiān)測是迫切而又重要的。
　　變形監(jiān)測的原理是在變形體上選擇一定數(shù)量的具有代表性的特征點,通過對這些點周期性、重復性的觀測求它的幾何量的變化,從而分析出變形體的變形規(guī)律,預測變形體的形變趨勢。傳統(tǒng)的變形監(jiān)測方案設計和監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化設計的研究較為深入和全面,也取得了豐富的理論研究成果和較好的使用效益。目前,在變形監(jiān)測方案與監(jiān)測系統(tǒng)設計方面主要發(fā)展方向是監(jiān)測方案的綜合設計和監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理與綜合處理。
　　傳統(tǒng)變形監(jiān)測大多使用工程測量方法,它們的特點都是針對稀疏目標點的高精度測量,受周邊環(huán)境、技術條件等限制因素較多,投入的人力物力也較大,對于觀測目標點密集的物體或者不規(guī)則的物體則顯得無能為力。傳統(tǒng)的變形監(jiān)測方法都是對變形體上選出的那些特征點進行周期性的監(jiān)測,通過對觀測特征點周期性變化的分析,對變形體做出安全與否的評價。其結(jié)論過于依賴預設特征點的選取,存在一定的偶然性,不能全面、及時、準確地反映整個變形體空間位置的變化。
　　三維激光掃描技術起始于上世紀90年代中期,是繼gps空間定位技術之后的又一項新型測繪技術,它實現(xiàn)了快速將現(xiàn)實世界的信息三維數(shù)字化,為信息數(shù)字化發(fā)展提供了必要的生存條件。它克服了傳統(tǒng)的測量技術的局限性,能夠?qū)αⅢw實物進行掃描,解決了將立體世界的信息快速地轉(zhuǎn)換成計算機可以處理的數(shù)據(jù),它速度快、實時性強、精度高、主動性強、全數(shù)字特征、性能更強,可以極大地降低成本,節(jié)約時間,而且使用方便,其輸出格式可直接與cad、三維動畫等工具軟件接口。三維激光掃描技術采用非接觸主動測量方式,可以深入到任何復雜的現(xiàn)場環(huán)境中進行操作,直接獲取實體的高精度三維點云數(shù)據(jù),能夠?qū)θ我獾奈矬w進行掃描,且沒有白天和黑夜的限制,快速地將現(xiàn)實世界信息轉(zhuǎn)換成電腦可以處理的數(shù)據(jù)。它獲得的是大量掃描離散點結(jié)合的點云數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)不僅僅包含點的x、y、z信息,還包括r、g、b顏色信息,同時還有物體反色率的信息,這樣全面的信息能給人一種物體在電腦里真實再現(xiàn)的感覺,是一般測量手段無法做到的。
　　傳統(tǒng)的變形監(jiān)測方法對于變形監(jiān)測網(wǎng)的質(zhì)量標準、觀測方法以及觀測方案有著較為成熟的理論、技術支持,但對于海量的觀測點則顯得比較薄弱。隨著社會的進步、科技水平的不斷提高,近代橋梁的結(jié)構(gòu)越來越復雜,跨度和承載量不斷增加,使用傳統(tǒng)變形監(jiān)測方法對其進行監(jiān)測越來越難以切實有效地實行,觀測方案的設計、選取更加復雜,后續(xù)的數(shù)據(jù)處理、內(nèi)業(yè)整理的工作量也不斷加大,從而影響及時準確地對變形體形變趨勢的預測。特別是對正在施工中的橋梁進行監(jiān)測,鑒于施工現(xiàn)場環(huán)境復雜多變,特征點難以選取、留存以及需要能夠快速獲取形變趨勢等因素,使用傳統(tǒng)變形監(jiān)測手段對其進行監(jiān)測往往不能圓滿地完成預期的目標。三維激光掃描技術采用非接觸主動測量方式能夠直接獲取變形體高精度的實時三維模型,通過比對多次獲取的變形體三維模型,比對變形體每個部位或者整體的形變規(guī)律來斷定變形體的形變規(guī)律。傳統(tǒng)變形監(jiān)測成果的分析是由統(tǒng)計觀測特征點的形變趨勢來斷定變形體整體形變趨勢沒法比擬的。因此,個人認為在橋梁的變形監(jiān)測方面,三維激光掃描技術結(jié)合在理論、技術方面形成成熟體系的傳統(tǒng)變形監(jiān)測方案是切實可行的。