摄影测量在土木工程变形监测中的应用

土木工程网

摘要：本文简单介绍了摄影测量技术的原理和特点，以单片梁荷载试验裂缝监测为例，通过桥梁载重的持续增加，变形量不断扩大，来研究分析了摄影测量和人工测量在桥梁裂缝变形监测中数据结果，做回归分析统计，提出摄影测量技术在土木工程方面的优点，结合本次研究，希望可以对摄影测量技术在土木工程变形监测方面的应用起到一定的参考和帮助，提高其应用效果。

关键词：摄影测量技术；土木工程；变形监测

正文：

随着土木工程建设规模的不断扩大，其建设条件的复杂性不断提高，为了更好地满足人们对土木工程建设实际需求，在施工过程中的监测要求越来越高。部分土木工程项目，尤其是处于运营状态的工程项目，需要在很短的时间内完成监测作业，同时还不能影响施工的顺利进行。特别是部分桥梁、隧道等施工现场缺乏足够的工作场地，很难接触到布设的监测点。还有应急项目在现场监测方面，必须要保证监测的速度以及效率，同时不能对已经有病害结构造成损伤。仅仅依靠常规监测方式很难满足这方面的要求。摄影测量技术属于一种新的接触式测量技术，可以在项目现场从不同角度拍摄数字照片，以此来建立被测对象三维模型，从而得出被测对象的基本参数尺寸。这种测量方式不会对被测量目标造成损伤，同时有着非常高的信息容量，可以反复使用，不仅可以用来测量静态目标，同时还能测量动态目标，时效性高，不需要深入危险作业环境。本文就摄影测量技术在土木工程变形监测中的应用进行了研究分析。

1、摄影测量技术

1.1、摄影测量技术原理

影像技术主要是借助被测物体的多角度照片，建立被测物体三维模型，以此来得出被测物体的参数以及尺寸坐标。比如说在隧道测量方面，借助数字影像技术，拍摄隧道断面多个角度照片，以隧道断面的点、线、面快速建立三维模型，获取其测量数据。影像技术的主要原理是三角变换，从两个或者以上的角度对物体相同部位进行拍摄，以此来建立物体和拍摄点之间的关系。在单点三角变换方面，可以通过已知坐标计算未知坐标，或者通过两台相机做不计算相机位置；在多点三角变换方面，通过相片不同点的位置坐标，建立物体三维模型，计算物体尺寸。

1.2、摄影测量技术特点

近景摄影测量技术的精度一般可以达到毫米级，通过特殊的光线扫描可以达到微米级。其主要特点有：第一，在被摄物体信息方面，有着瞬时性以及精确性，可以得到拍摄瞬间点位之间的相互关系，可以根据实际的测量目的进行灵活的调整；第二，有着非常丰富的相片信息，可以客观的显示被测物体信息，不仅可测量外形规则物体，同时还可以测量外形不规则物体；第三，增添同步装置，可以实现对动态目标的实时性测量；第四，可以测量部分如电弧、燃烧等不可接触物体；第五，需要有较高精度的控制点布设，但是可以很大程度上降低室外作业量；第六，所拍摄的相片能够长时间保存，方便之后进行对比分析。

2、摄影测量技术在单片梁荷载试验裂缝监测中的应用

2.1、工程概况

在进行某高速公路项目的建设设计时，应用摄影测量技术来实现梁体不同的国际荷载情况下裂缝发展状况。因为预制梁破坏实验与一般的荷载试验有一定的区别，同时整个实验过程中有着较大的危险性，需要花费较长的试验时间。在进行预制梁裂缝的观测时，需要通过多种检测方法相结合的方式来进行，在梁体表面位置喷涂油漆做为标记，利用人工测量的方法对初始裂缝的出现状况进行观测；使用专业的裂缝检测仪，观测在正常荷载状况下裂缝的发展变化；通过摄影测量技术分析梁体在非正常荷载下整个裂缝区域的发展变化。

2.2、预制梁极限荷载试验内容和目的

通过摄影测量和人工测量的两种不同方式，对不同荷载等级情况下裂缝的发展变化趋势进行分析，绘制裂缝的发展变化与荷载、时间之间的变化关系，做出梁体受压的回归分析数据。通过监测梁体受压破坏过程中裂缝发展变化趋势，分析预制梁最大承载能力下裂缝的发展变化趋势，可以为预制梁破坏机理的研究提供重要的数据支撑，同时验证混凝土在承受压力下的配比。将人工测量的结果与摄影测量的观测结果做回归对比分析，得出摄影测量技术在梁体监测中比人工测量有很大的应用优势，以此来实现对土木工程大型建筑物变形监测技术的完善。

2.3、实验过程

在实验开始之前，对设备进行调试，避免设备无法正常使用；在施加荷载之前，需要先做好预载，对仪表的工作状况以及试验测读人员的业务水平以及检查。首先进行初读数，在开始加载之前，读取应变仪以及百分表的读数，借助放大镜等工具检测梁体是否有裂缝存在，同时采用摄影测量技术对梁体进行拍照，记录被监测物体的初始状态。之后进行加载试验，加载试验可以分为两个阶段来进行，第一个阶段为梁体在开裂之前所进行的加载试验，第二个阶段为梁体出现开裂一直到完全破坏阶段的加载试验。其次是裂缝的观测，结合加载方案，对观测裂缝的变化情况，加载量在达到400kN时，出现裂缝，选择四个区域进行监测，每个监测区域选取5条裂缝获取人工监测和摄影测量监测数据，当加载量达到993kN时，梁体断裂。裂缝的观测可以分为三个阶段来进行，第一个阶段，未裂阶段，压力未达到400kN时，所施加的荷载还没有达到极限水平，梁体不存在开裂现象，不会出现较大的挠度变形。这个阶段梁体不会出现裂缝或者存在较为细微的裂缝，为了方便进行裂缝的观测，可以适当的喷涂一些油漆在梁体侧面，借助放大镜观察不同荷载下裂缝发展情况，同时获取不同角度裂缝影像数据，记录当前梁体的状态；第二个阶段，带裂缝工作阶段，梁体上所施加的荷载超过400kN时，试验荷载的增加，受到混凝土拉力作用，梁体会有裂缝出现，通过观察测量，发现其最大裂缝宽度为0.6mm，这时候的裂缝宽度还较小，只需要借助裂缝观测仪就可以实现对裂缝发展情况的观察，同时记录不同角度裂缝的影像数据；当荷载达到500kN时，其裂缝宽度会宽于1mm，同时记录在两种测量方式下的裂缝变化数据；第三个阶段，破坏阶段，一旦荷载超过790kN，裂缝的宽度大于3mm，扰度有明显的增加，荷载993kN梁体断裂，在这个阶段的试验存在有较大的危险性，如果仍旧采取人工观测的方式，会严重威胁检测人员的生命健康安全，必须采取摄影测量技术来监测裂缝发展状况。

2.4、结果分析使用人工测量和摄影测量的现场测试结果进行对比分析

从对比结果中可以发现，摄影测量技术有着测量简单、测量速度快、精度高等优势能够更好的满足测量的实际需求，在裂缝宽度较小时，摄影测量技术与人工测量方式之间数据变化存在较为明显的区别，摄影测量精度高于人工测量，随着裂缝宽度的增加，摄影测量技术的应用效果逐渐凸显，尤其在部分较为危险梁体破坏区域，裂缝宽度超过5mm，荷载量超过800kN，人工无法靠近，摄影测量技术有着非常好的应用优势。

3、结束语

目前，摄影测量技术不断的更新，而且有着非常广泛的应用，测量数据获取简单容易，与传统测量方法相比，首先摄影测量技术可以测出建筑物的相对变形量，同时利用现有的影像建模技术，可生成被测部分的三维模型，比传统测量方法的测量尺寸更加精确，而且数据量更加的全面，同时还可以使用纹理映射透视图，以此来反应建筑物的变形趋势，结合三维模型数据，可以实现对被测物体结构信息的定性定量分析。其次，摄影测量技术有着简单便捷的特点，数据来源多，只需要通过拍照的方式就可以完成现场操作，不需要花费较多的时间，将其应用在隧道监测方面，可以降低监测过程对建筑物运行的影响。最后，摄影测量技术的测量精度非常高，如果对测量精度有特殊要求，也可以通过近距离的精细摄影测量方式，使测量精度得到改善和提高。

参考文献

[1]李天子,郭辉.多基线近景摄影测量的平面地表变形监测[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2013,08:1098-1102.

[2]陈雷.D-InSAR技术在地面变形监测中的应用[J].山西建筑,2016,16:220-221.

[3]胡云华,鲍玉海等.近景摄影测量技术在三峡库区消落带土壤侵蚀调查中的应用[J].测绘通报,2014,S2:159-163.

[4]张祖勋,朱俊锋等.可量测影像高程同步模型及其在测图中的应用[J].测绘学报,2014,01:5-12.

[5]曾令永,张世青,李宏超等.桥梁变形监测研究,安徽农学通报,2007,13（17）:170-172

[6]顾欣,戴芳芳探讨地铁工程定向测量与变形监测技术,中国科技投资2013,（A30）296-297

作者:强辉强 赵雍 单位:陕西地建土地勘测规划设计院有限责任公司

土木工程网