摘要:在中国经济发展过程中,桥梁工程的规模不断扩大。作为现代交通系统的重要组成部分,桥梁工程的运营安全至关重要。而在长期荷载环境作用下桥梁的变形情况及变形发展趋势是反应桥梁安全特征的重要指标,因此,有必要对桥梁的变形进行监测,以及时发现桥梁损伤状况,有效防止安全事故的发生。
关键词:激光扫描;桥梁变形;监测方法;高精度
1、前言
3D激光扫描技术在监测工作方面具有很大的优势,该技术可以快速收集完整、准确的桥梁结构几何数据,实现桥梁结构的快速、完整、精确的几何变形监测,以及时提出桥梁养护维修和加固意见。桥梁工程在长期运营环境作用下,可能会发生沉降、开裂、下挠等变形,变形将成为工程的安全隐患,威胁使用寿命。在此基础上,以桥梁工程变形监测为例,系统地分析了该技术的应用。
2、三维激光扫描技术
根据工作类型和空间载体,可以将3d激光设备分为不同类型。根据航天器的分类,机载激光器、车载激光器和固定激光器可分为三种类型。机载激光扫描是一种航空航天座椅载体,包括GNSS定位,IMU惯性导航和数据处理设备,主要用于获取地面数据。车载激光扫描使用移动车辆作为扫描载体,扫描系统由GNSS和IMU组成。固定激光扫描使用全站仪和其他设备在地面上进行三维扫描,以在同一位置快速获得点云数据。根据测量方法,它分为脉冲型,相位型和三角测量型。首先,基于大多数扫描仪使用的时间漂移原理计算脉冲类型。其次是相位,主要用于中程扫描,具有高精度。最后,三角测量的方法是通过近距离测量来保持几十米的距离。通过反向建模,提高了测量精度。3D扫描方法的核心是激光测距。例如,使用TOF脉冲激光器,一组点云坐标基于以下原理:照射角度的水平和垂直速度以及激光复苏的经过时间差,可以获得坐标潜在的3d表面。地面扫描的原理是以扫描装置为坐标原点建立笛卡尔坐标系,平面方向为x轴和y轴,垂直方向为z轴。由于3D激光扫描仪不需要接触测量,因此测量技术已广泛用于滑坡监测和矿山沉降调查。点云数据可用于了解被监测物体在水平和数值方向上的变形,并根据监测数据分析数据的变化,从而科学地判断变形实体的变化规律。
3、激光扫描技术的应用特点
在传统监测中,最常见的方法是铅测量、光学几何和精密水准测量。通过监测变形获得的信息来描述桥梁的位移变化。扫描技术可以充分反映桥梁的变形。扫描仪可以完全监控桥梁的变形,并满足毫米级精度要求。该技术具有数据描述性强,监测误差均匀,采样密度高等优点,在桥梁工程监测方面具有无可比拟的优势。目前,加拿大,日本,美国等著名的3D激光扫描仪生产厂家,其反射率可达到90%,可实现350米长距离水平扫描,精度可达毫米级,扫描速度可达到每秒12万点。同时,扫描仪可以实现非接触式测量,消除与固体表面或棱镜的接触,并完成扫描工作。通过发送和接收表面数据而不受环境干扰来实现主动映射建模。GNSS定位系统和数码相机用于实现3D实体模型,这样一来仪器可以完成桥梁变形的自动数据采集。
4、监测方法
4.1监测过程
本文以三维激光扫描仪为主要设备,观察桥梁工程的变形情况。根据激光测距的工作原理,仪器可以在短时间内准确、快速地记录桥梁的空间位置,形成点云数据。坐标转换后,将地面坐标替换为地球坐标。通过这种方式,可以观察到空间特征点的坐标变化,并且可以分析特征平面以更全面地获取桥梁位移。在该项目中,选择道路边界的参考点并使用深埋标记,尽可能观察观测墩作为根据现场条件观测位移和沉降的参考点。桥梁工程有四个参考点,包括两个观察墩参考点和水泥地面上的两个标记。桥梁监测点应设置在反映水平位移和沉降变形的位置。特征曲面和特征点用作集成监视方法。在主墩和主梁上设置监测点,在主跨特征平面上观察桥梁变形。为了满足仪器观测的需要,采用喷雾方法标识监测点。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该装置可以直接识别目标,识别精度可以满足精度要求。根据桥梁结构和本监测技术特点,建议每年冬季观察两次,夏季观察两次,共计4次。在观察过程中,选择冬季和夏季的极端天气进行监测。首先,需要建立监测站。在扫描观察期间,将参考点设置到仪器站,将仪器框架设置在观察墩上,并使用扫描参考点仪器作为特殊目标。方向扫描后,数据使用实际坐标。根据现场的实际情况,选择现场作为补充,坐标用于坐标定位,采用目标拼接方法。在监视操作中,通过扫描目标和登记条件执行监测。扫描后的标准偏差符合设计要求。扫描后,检查仪器水平和目标移动。如果在扫描期间发生更改,则需要进行新扫描以确保扫描结果满足某些精度要求。其次,应扫描分辨率。为了监控目标喷雾,需要对扫描仪的目标扫描功能进行精细扫描。如果光和目标之间的对比度满足识别要求,则需要以非常高的分辨率进行表面扫描,并且执行点云数据的软件和手动处理以实现目标识别处理。
4.2复测
为了理解参考数据的变形验证,有必要验证扫描仪的测量精度。从第二阶段监测开始,在仪器测量过程中,应使用高精度全站仪重复测量参考点和监测点。全站仪的单点测量精度需要高于扫描仪的单点测量精度,因此有必要检查扫描仪的测量结果。重新测试参考点时,需要在控制点安装全站仪校准设备。每个观测点需要两次观测,以根据大气压力和温度校正观测结果。如果确定参考点的变形并满足公差要求,则可以开始后续扫描。根据第二次观察,桥参考点存在一些损伤问题。在销毁基准测试后,使用free station方法重建项目。项目参考点的最大位移为2mm,可以判断为基本稳定,可以作为监测基础。
5、数据处理和分析
通过现场扫描获得桥梁的点云数据,并将点云数据作为下一个计算基础进行处理和分析。首先,您需要注册来自多个站点的数据,并通过冗余数据,噪声和其他非目标点对点云数据降低噪声和噪声。此外,还需要进行坐标转换。有必要通过从控制点的坐标提取监测点的坐标来完成点云数据的坐标转换。最后,需要转换点云数据以实现桥接云数据的拼接。转换后的数据格式是一种通用格式,为后续的比较分析提供参考。经过四个阶段的监测,获得并比较监测结果。桥梁工程监测点显示出运动趋势,但变化不均衡。桥梁东南方向的监测点差异很大,而西北方向的监测点最少。这种变化的原因主要是由于温度。每年同一季度监测周期的监测变化很小,表明该桥梁项目在此期间保持稳定。与桥梁的挠度相比,根据挠度规范,预应力混凝土桥梁和钢筋混凝土桥梁在-16~13mm范围内的挠度值为l/1600,桥梁主跨为90米,通过计算,最大挠度为0.15m,监测点的实际挠度未达到最大值,表明桥梁工程有明显的挠度变化。
6、结束语
基于三维激光扫描技术的分类,文章提出了该技术的应用优势,以桥梁工程为例,系统研究了该技术的应用,在这样的过程中要选择合适的监测设备,设置参考点和监测点,设置监测周期,进行扫描监测和重新测试。在桥梁监测中,该技术易于使用,可以提供准确的数据,可以快速掌握桥梁工程的变形,指导采取养护维修或加固措施,延长桥梁工程的使用寿命。
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论文作者:王俊博1,张永伟2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
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