三維激光掃描在橋梁變形監(jiān)測方面的應(yīng)用

 導(dǎo)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(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(yùn)輸以及社會經(jīng)濟(jì)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(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(yùn)輸以及社會經(jīng)濟(jì)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(yù)警制度不到位有關(guān)。因此,對橋梁全面、準(zhǔn)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(diǎn),通過對這些點(diǎn)周期性、重復(fù)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(yù)測變形體的形變趨勢。傳統(tǒng)的變形監(jiān)測方案設(shè)計和監(jiān)測網(wǎng)優(yōu)化設(shè)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(shè)計方面主要發(fā)展方向是監(jiān)測方案的綜合設(shè)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(diǎn)都是針對稀疏目標(biāo)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,對于觀測目標(biāo)點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)行周期性的監(jiān)測,通過對觀測特征點(diǎn)周期性變化的分析,對變形體做出安全與否的評價。其結(jié)論過于依賴預(yù)設(shè)特征點(diǎn)的選取,存在一定的偶然性,不能全面、及時、準(zhǔn)確地反映整個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(jì)90年代中期,是繼gps空間定位技術(shù)之后的又一項(xiàng)新型測繪技術(shù),它實(shí)現(xiàn)了快速將現(xiàn)實(shí)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(shù)的局限性,能夠?qū)αⅢw實(shí)物進(jìn)行掃描,解決了將立體世界的信息快速地轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可以處理的數(shù)據(jù),它速度快、實(shí)時性強(qiáng)、精度高、主動性強(qiáng)、全數(shù)字特征、性能更強(qiáng),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(shù)采用非接觸主動測量方式,可以深入到任何復(fù)雜的現(xiàn)場環(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(shù)據(jù),能夠?qū)θ我獾奈矬w進(jìn)行掃描,且沒有白天和黑夜的限制,快速地將現(xiàn)實(shí)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(diǎn)結(jié)合的點(diǎn)云數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)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(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(biāo)準(zhǔn)、觀測方法以及觀測方案有著較為成熟的理論、技術(shù)支持,但對于海量的觀測點(diǎn)則顯得比較薄弱。隨著社會的進(jìn)步、科技水平的不斷提高,近代橋梁的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)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(jìn)行監(jiān)測越來越難以切實(shí)有效地實(shí)行,觀測方案的設(shè)計、選取更加復(fù)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(zhǔn)確地對變形體形變趨勢的預(yù)測。特別是對正在施工中的橋梁進(jìn)行監(jiān)測,鑒于施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)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(tǒng)變形監(jiān)測手段對其進(jìn)行監(jiān)測往往不能圓滿地完成預(yù)期的目標(biāo)。三維激光掃描技術(shù)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(shí)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(diǎn)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(rèn)為在橋梁的變形監(jiān)測方面,三維激光掃描技術(shù)結(jié)合在理論、技術(shù)方面形成成熟體系的傳統(tǒng)變形監(jiān)測方案是切實(shí)可行的。