攝影測量在土木工程變形監測中的應用

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摘要：本文簡單介紹了攝影測量技術的原理和特點，以單片梁荷載試驗裂縫監測為例，通過橋梁載重的持續增加，變形量不斷擴大，來研究分析了攝影測量和人工測量在橋梁裂縫變形監測中數據結果，做回歸分析統計，提出攝影測量技術在土木工程方面的優點，結合本次研究，希望可以對攝影測量技術在土木工程變形監測方面的應用起到一定的參考和幫助，提高其應用效果。

關鍵詞：攝影測量技術；土木工程；變形監測

正文：

隨著土木工程建設規模的不斷擴大，其建設條件的復雜性不斷提高，為了更好地滿足人們對土木工程建設實際需求，在施工過程中的監測要求越來越高。部分土木工程項目，尤其是處于運營狀態的工程項目，需要在很短的時間內完成監測作業，同時還不能影響施工的順利進行。特別是部分橋梁、隧道等施工現場缺乏足夠的工作場地，很難接觸到布設的監測點。還有應急項目在現場監測方面，必須要保證監測的速度以及效率，同時不能對已經有病害結構造成損傷。僅僅依靠常規監測方式很難滿足這方面的要求。攝影測量技術屬于一種新的接觸式測量技術，可以在項目現場從不同角度拍攝數字照片，以此來建立被測對象三維模型，從而得出被測對象的基本參數尺寸。這種測量方式不會對被測量目標造成損傷，同時有著非常高的信息容量，可以反復使用，不僅可以用來測量靜態目標，同時還能測量動態目標，時效性高，不需要深入危險作業環境。本文就攝影測量技術在土木工程變形監測中的應用進行了研究分析。

1、攝影測量技術

1.1、攝影測量技術原理

影像技術主要是借助被測物體的多角度照片，建立被測物體三維模型，以此來得出被測物體的參數以及尺寸坐標。比如說在隧道測量方面，借助數字影像技術，拍攝隧道斷面多個角度照片，以隧道斷面的點、線、面快速建立三維模型，獲取其測量數據。影像技術的主要原理是三角變換，從兩個或者以上的角度對物體相同部位進行拍攝，以此來建立物體和拍攝點之間的關系。在單點三角變換方面，可以通過已知坐標計算未知坐標，或者通過兩臺相機做不計算相機位置；在多點三角變換方面，通過相片不同點的位置坐標，建立物體三維模型，計算物體尺寸。

1.2、攝影測量技術特點

近景攝影測量技術的精度一般可以達到毫米級，通過特殊的光線掃描可以達到微米級。其主要特點有：第一，在被攝物體信息方面，有著瞬時性以及精確性，可以得到拍攝瞬間點位之間的相互關系，可以根據實際的測量目的進行靈活的調整；第二，有著非常豐富的相片信息，可以客觀的顯示被測物體信息，不僅可測量外形規則物體，同時還可以測量外形不規則物體；第三，增添同步裝置，可以實現對動態目標的實時性測量；第四，可以測量部分如電弧、燃燒等不可接觸物體；第五，需要有較高精度的控制點布設，但是可以很大程度上降低室外作業量；第六，所拍攝的相片能夠長時間保存，方便之后進行對比分析。

2、攝影測量技術在單片梁荷載試驗裂縫監測中的應用

2.1、工程概況

在進行某高速公路項目的建設設計時，應用攝影測量技術來實現梁體不同的國際荷載情況下裂縫發展狀況。因為預制梁破壞實驗與一般的荷載試驗有一定的區別，同時整個實驗過程中有著較大的危險性，需要花費較長的試驗時間。在進行預制梁裂縫的觀測時，需要通過多種檢測方法相結合的方式來進行，在梁體表面位置噴涂油漆做為標記，利用人工測量的方法對初始裂縫的出現狀況進行觀測；使用專業的裂縫檢測儀，觀測在正常荷載狀況下裂縫的發展變化；通過攝影測量技術分析梁體在非正常荷載下整個裂縫區域的發展變化。

2.2、預制梁極限荷載試驗內容和目的

通過攝影測量和人工測量的兩種不同方式，對不同荷載等級情況下裂縫的發展變化趨勢進行分析，繪制裂縫的發展變化與荷載、時間之間的變化關系，做出梁體受壓的回歸分析數據。通過監測梁體受壓破壞過程中裂縫發展變化趨勢，分析預制梁最大承載能力下裂縫的發展變化趨勢，可以為預制梁破壞機理的研究提供重要的數據支撐，同時驗證混凝土在承受壓力下的配比。將人工測量的結果與攝影測量的觀測結果做回歸對比分析，得出攝影測量技術在梁體監測中比人工測量有很大的應用優勢，以此來實現對土木工程大型建筑物變形監測技術的完善。

2.3、實驗過程

在實驗開始之前，對設備進行調試，避免設備無法正常使用；在施加荷載之前，需要先做好預載，對儀表的工作狀況以及試驗測讀人員的業務水平以及檢查。首先進行初讀數，在開始加載之前，讀取應變儀以及百分表的讀數，借助放大鏡等工具檢測梁體是否有裂縫存在，同時采用攝影測量技術對梁體進行拍照，記錄被監測物體的初始狀態。之后進行加載試驗，加載試驗可以分為兩個階段來進行，第一個階段為梁體在開裂之前所進行的加載試驗，第二個階段為梁體出現開裂一直到完全破壞階段的加載試驗。其次是裂縫的觀測，結合加載方案，對觀測裂縫的變化情況，加載量在達到400kN時，出現裂縫，選擇四個區域進行監測，每個監測區域選取5條裂縫獲取人工監測和攝影測量監測數據，當加載量達到993kN時，梁體斷裂。裂縫的觀測可以分為三個階段來進行，第一個階段，未裂階段，壓力未達到400kN時，所施加的荷載還沒有達到極限水平，梁體不存在開裂現象，不會出現較大的撓度變形。這個階段梁體不會出現裂縫或者存在較為細微的裂縫，為了方便進行裂縫的觀測，可以適當的噴涂一些油漆在梁體側面，借助放大鏡觀察不同荷載下裂縫發展情況，同時獲取不同角度裂縫影像數據，記錄當前梁體的狀態；第二個階段，帶裂縫工作階段，梁體上所施加的荷載超過400kN時，試驗荷載的增加，受到混凝土拉力作用，梁體會有裂縫出現，通過觀察測量，發現其最大裂縫寬度為0.6mm，這時候的裂縫寬度還較小，只需要借助裂縫觀測儀就可以實現對裂縫發展情況的觀察，同時記錄不同角度裂縫的影像數據；當荷載達到500kN時，其裂縫寬度會寬于1mm，同時記錄在兩種測量方式下的裂縫變化數據；第三個階段，破壞階段，一旦荷載超過790kN，裂縫的寬度大于3mm，擾度有明顯的增加，荷載993kN梁體斷裂，在這個階段的試驗存在有較大的危險性，如果仍舊采取人工觀測的方式，會嚴重威脅檢測人員的生命健康安全，必須采取攝影測量技術來監測裂縫發展狀況。

2.4、結果分析使用人工測量和攝影測量的現場測試結果進行對比分析

從對比結果中可以發現，攝影測量技術有著測量簡單、測量速度快、精度高等優勢能夠更好的滿足測量的實際需求，在裂縫寬度較小時，攝影測量技術與人工測量方式之間數據變化存在較為明顯的區別，攝影測量精度高于人工測量，隨著裂縫寬度的增加，攝影測量技術的應用效果逐漸凸顯，尤其在部分較為危險梁體破壞區域，裂縫寬度超過5mm，荷載量超過800kN，人工無法靠近，攝影測量技術有著非常好的應用優勢。

3、結束語

目前，攝影測量技術不斷的更新，而且有著非常廣泛的應用，測量數據獲取簡單容易，與傳統測量方法相比，首先攝影測量技術可以測出建筑物的相對變形量，同時利用現有的影像建模技術，可生成被測部分的三維模型，比傳統測量方法的測量尺寸更加精確，而且數據量更加的全面，同時還可以使用紋理映射透視圖，以此來反應建筑物的變形趨勢，結合三維模型數據，可以實現對被測物體結構信息的定性定量分析。其次，攝影測量技術有著簡單便捷的特點，數據來源多，只需要通過拍照的方式就可以完成現場操作，不需要花費較多的時間，將其應用在隧道監測方面，可以降低監測過程對建筑物運行的影響。最后，攝影測量技術的測量精度非常高，如果對測量精度有特殊要求，也可以通過近距離的精細攝影測量方式，使測量精度得到改善和提高。

參考文獻

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作者:強輝強 趙雍 單位:陜西地建土地勘測規劃設計院有限責任公司