三維激光掃描在橋梁變形監測方面的應用

 導讀： 橋梁有著(zhù)悠久的歷史,在人們的日常生活中起著(zhù)不可替代的作用。隨著(zhù)社會(huì )的不斷進(jìn)步,我國綜合國力的不斷提高以及科技、施工技術(shù)水平的日臻成熟,橋梁對交通運輸以及社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的重要性不斷提高,同時(shí)也產(chǎn)生了一系列的安全問(wèn)題。
 　　OFweek激光網(wǎng)訊：橋梁有著(zhù)悠久的歷史,在人們的日常生活中起著(zhù)不可替代的作用。隨著(zhù)社會(huì )的不斷進(jìn)步,我國綜合國力的不斷提高以及科技、施工技術(shù)水平的日臻成熟,橋梁對交通運輸以及社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的重要性不斷提高,同時(shí)也產(chǎn)生了一系列的安全問(wèn)題。2001年四川宜賓小南門(mén)橋斷裂塌陷事故;2004年遼寧盤(pán)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,還與我們的監測預警制度不到位有關(guān)。因此,對橋梁全面、準確的監測是迫切而又重要的。
　　變形監測的原理是在變形體上選擇一定數量的具有代表性的特征點(diǎn),通過(guò)對這些點(diǎn)周期性、重復性的觀(guān)測求它的幾何量的變化,從而分析出變形體的變形規律,預測變形體的形變趨勢。傳統的變形監測方案設計和監測網(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,在變形監測方案與監測系統設計方面主要發(fā)展方向是監測方案的綜合設計和監測系統數據管理與綜合處理。
　　傳統變形監測大多使用工程測量方法,它們的特點(diǎn)都是針對稀疏目標點(diǎn)的高精度測量,受周邊環(huán)境、技術(shù)條件等限制因素較多,投入的人力物力也較大,對于觀(guān)測目標點(diǎn)密集的物體或者不規則的物體則顯得無(wú)能為力。傳統的變形監測方法都是對變形體上選出的那些特征點(diǎn)進(jìn)行周期性的監測,通過(guò)對觀(guān)測特征點(diǎn)周期性變化的分析,對變形體做出安全與否的評價(jià)。其結論過(guò)于依賴(lài)預設特征點(diǎn)的選取,存在一定的偶然性,不能全面、及時(shí)、準確地反映整個(gè)變形體空間位置的變化。
　　三維激光掃描技術(shù)起始于上世紀90年代中期,是繼gps空間定位技術(shù)之后的又一項新型測繪技術(shù),它實(shí)現了快速將現實(shí)世界的信息三維數字化,為信息數字化發(fā)展提供了必要的生存條件。它克服了傳統的測量技術(shù)的局限性,能夠對立體實(shí)物進(jìn)行掃描,解決了將立體世界的信息快速地轉換成計算機可以處理的數據,它速度快、實(shí)時(shí)性強、精度高、主動(dòng)性強、全數字特征、性能更強,可以極大地降低成本,節約時(shí)間,而且使用方便,其輸出格式可直接與cad、三維動(dòng)畫(huà)等工具軟件接口。三維激光掃描技術(shù)采用非接觸主動(dòng)測量方式,可以深入到任何復雜的現場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行操作,直接獲取實(shí)體的高精度三維點(diǎn)云數據,能夠對任意的物體進(jìn)行掃描,且沒(méi)有白天和黑夜的限制,快速地將現實(shí)世界信息轉換成電腦可以處理的數據。它獲得的是大量掃描離散點(diǎn)結合的點(diǎn)云數據,數據不僅僅包含點(diǎn)的x、y、z信息,還包括r、g、b顏色信息,同時(shí)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(shí)再現的感覺(jué),是一般測量手段無(wú)法做到的。
　　傳統的變形監測方法對于變形監測網(wǎng)的質(zhì)量標準、觀(guān)測方法以及觀(guān)測方案有著(zhù)較為成熟的理論、技術(shù)支持,但對于海量的觀(guān)測點(diǎn)則顯得比較薄弱。隨著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步、科技水平的不斷提高,近代橋梁的結構越來(lái)越復雜,跨度和承載量不斷增加,使用傳統變形監測方法對其進(jìn)行監測越來(lái)越難以切實(shí)有效地實(shí)行,觀(guān)測方案的設計、選取更加復雜,后續的數據處理、內業(yè)整理的工作量也不斷加大,從而影響及時(shí)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(jìn)行監測,鑒于施工現場(chǎng)環(huán)境復雜多變,特征點(diǎn)難以選取、留存以及需要能夠快速獲取形變趨勢等因素,使用傳統變形監測手段對其進(jìn)行監測往往不能圓滿(mǎn)地完成預期的目標。三維激光掃描技術(shù)采用非接觸主動(dòng)測量方式能夠直接獲取變形體高精度的實(shí)時(shí)三維模型,通過(guò)比對多次獲取的變形體三維模型,比對變形體每個(gè)部位或者整體的形變規律來(lái)斷定變形體的形變規律。傳統變形監測成果的分析是由統計觀(guān)測特征點(diǎn)的形變趨勢來(lái)斷定變形體整體形變趨勢沒(méi)法比擬的。因此,個(gè)人認為在橋梁的變形監測方面,三維激光掃描技術(shù)結合在理論、技術(shù)方面形成成熟體系的傳統變形監測方案是切實(shí)可行的。