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濟發展的重要性不斷提高,同時也產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。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,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優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,它們的特點都是針對稀疏目標點的高精度測量,受周邊環境、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則的物體則顯得無能為力。傳統的變形監測方法都是對變形體上選出的那些特征點進行周期性的監測,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,它實現了快速將現實世界的信息三維數字化,為信息數字化發展提供了必要的生存條件。它克服了傳統的測量技術的局限性,能夠對立體實物進行掃描,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、實時性強、精度高、主動性強、全數字特征、性能更強,可以極大地降低成本,節約時間,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場環境中進行操作,直接獲取實體的高精度三維點云數據,能夠對任意的物體進行掃描,且沒有白天和黑夜的限制,快速地將現實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結合的點云數據,數據不僅僅包含點的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的感覺,是一般測量手段無法做到的。
傳統的變形監測方法對于變形監測網的質量標準、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,近代橋梁的結構越來越復雜,跨度和承載量不斷增加,使用傳統變形監測方法對其進行監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,后續的數據處理、內業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測,鑒于施工現場環境復雜多變,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,使用傳統變形監測手段對其進行監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律來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測方面,三維激光掃描技術結合在理論、技術方面形成成熟體系的傳統變形監測方案是切實可行的。(作者單位:山西凱嘉能源集團有限公司)
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