全站掃描儀在橋梁檢測中的應(yīng)用★

宋洪陽 張雨桐 趙梓言

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040)

現(xiàn)如今，隨著交通荷載等級的不斷提升，交通量也進一步加大，對于舊橋的使用狀態(tài)評價以及檢測維修加固也愈發(fā)重要，而在使用傳統(tǒng)千分表檢測方法時，精度雖然可以滿足要求，但往往效率較低，對于橋體的檢測數(shù)據(jù)收集的也不夠完善。而在使用全站掃描儀對橋體進行檢測過程中，通過三維激光點云掃描，可以采集整個橋體的點云數(shù)據(jù)，通過已知數(shù)據(jù)，建模分析，實現(xiàn)對橋體各個部位的精準測量。在加載前后，橋體撓度等數(shù)據(jù)的變化，從而分析舊橋的使用情況，然后再進行進一步的維修加固處理。而且整個過程無需過多人力設(shè)備，大大提高工作效率以及測量人員的安全性。

1 全站掃描儀的基本功能

全站掃描儀是影像全站儀，近景攝影測量，三維激光掃描的有效結(jié)合。它是一種集光學(xué)、電子技術(shù)為一體的測量設(shè)備，具有全站儀的一些基礎(chǔ)功能外，還擁有掃描儀的功能，可以通過三維激光掃描，獲取被測量物體的三維空間位置信息，數(shù)據(jù)點云化，而且不需要棱鏡反射信號，直接將物體信息收錄，自動學(xué)習(xí)環(huán)境中的反射目標，過濾無效反射體。在整個測量過程中，將點云模型反映在顯示屏幕上，實現(xiàn)對測量過程中的智能化控制。由于全站掃描儀應(yīng)用WFD波形數(shù)字化測量方法，故其具有更快的測量速度，測量頻率可以達到1 000 Hz。即以每秒1 000個點的速度采集數(shù)據(jù)，可以瞬間記錄汽車通過橋梁時發(fā)生的位移，以較高的精準度來測出汽車經(jīng)過前后的橋體的連續(xù)變化，使測量人員能夠掌控橋體受動載下的瞬時變化以及變化規(guī)律，并實現(xiàn)精準的監(jiān)控手段。

2 全站掃描儀對橋體檢測的過程

與普通全站儀一樣，架設(shè)儀器之后，在已知的控制點進行對中整平，后視定向，將相應(yīng)的控制點信息輸入儀器內(nèi)，將被測量物體框選中之后，根據(jù)自己所需的精度，可以調(diào)整全站掃描儀的測量速度，所需要的點云數(shù)據(jù)越多，測量速度越慢。在橋體空載情況下，按照上述步驟進行測量之后，將所測得的橋體坐標數(shù)據(jù)保存，導(dǎo)入Infinity等軟件中實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)處理，并可以同時生成輸出三維模型，根據(jù)所需，智能查看所需觀測的點云。同樣道理，測得橋體在布載情況下的下?lián)蠑?shù)據(jù)，導(dǎo)入軟件建模分析，可將建立好的模型導(dǎo)入CAD，通過對比兩次測量的橋體處理模型報告，得到橋體撓度變化、應(yīng)變和裂縫等數(shù)據(jù)。值得一提的是，如果在橋體附近沒有已知的控制點，可以自己假定一個控制點信息輸入到儀器內(nèi)，通過兩次相同的擬定信息，同樣可以對比得出不同荷載情況下橋體性能的變化情況。

3 傳統(tǒng)千分表方法對于橋體的檢測

3.1 傳統(tǒng)千分表的檢查

由于梁式橋的剛度很大，在荷載作用下變形很微小，所以很小的誤差都有可能導(dǎo)致測得的數(shù)據(jù)精確度不夠，所以，在使用前，要對千分表進行性能檢查，將指針調(diào)零后，輕輕撥動指針，松開后觀察指針是否回到原位，同時還應(yīng)檢查千分表的指針與表盤沒有摩擦影響，指針不會卡住或跳動等。

3.2 固定安裝千分表，貼應(yīng)變片

在橋梁底部架設(shè)扶梯，由測量人員爬梯，將千分表固定至橋梁底部，并將千分表讀數(shù)調(diào)零。為了測得的數(shù)據(jù)具有代表性，對于一般性梁式橋來講，要將千分表固定至跨中斷面并且同時要在支座處同樣設(shè)置千分表。目的是減去橋體在受荷載作用下時，支座產(chǎn)生的變形量，并在相應(yīng)位置貼上應(yīng)變片。

3.3 測量橋體布載下的撓度，應(yīng)變

將標準重量的荷載布置在橋體上，由于橋梁的撓曲變形，導(dǎo)致千分表的表頭被壓縮，指針轉(zhuǎn)動，記錄得出橋體的撓度值。顧名思義，千分表的精度可以達到0.001 mm，完全可以滿足工程上的精度需要。但要注意的是，在讀取千分表表盤數(shù)據(jù)的時候，應(yīng)正視千分表表盤，避免視線誤差。

4 千分表，全站掃描儀的優(yōu)勢

4.1 精度方面

全站掃描儀可以達到優(yōu)于0.6 mm的超高掃描精度，雖不及千分表的精度情況，但可以滿足工程師測量的要求。而且全站掃描儀測量得到的數(shù)據(jù)是三維點云，可以綜合比較橋體各個部位的變化情況。而千分表無法對于橋體進行全方位的測量，只能得到個別位置的橋體數(shù)據(jù)，無法綜合得出橋體變形情況。

4.2 效率方面

全站掃描儀無需過多的人力設(shè)備，只需要2個～3個人就可以實現(xiàn)儀器的操作，輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，它通過自動掃描，將橋體數(shù)據(jù)保存在機器內(nèi)。而且在整個掃描過程中，也不必耗費過多的時間，對橋體可以進行高密度的掃描，2 h就可以掃描近700萬個點云數(shù)據(jù)，同樣可以達到相應(yīng)的精度，大大的減少了外業(yè)的測量時間。而千分表往往需要多人幫助，架設(shè)扶梯，同時讀取多個數(shù)據(jù)等，操作復(fù)雜，對測量人員的安全性也有一定的威脅。

4.3 數(shù)據(jù)方面

全站掃描儀可以瞬間記錄橋體發(fā)生的位移，在為分析動荷載下的變化情況提供了有效地檢測方法。而傳統(tǒng)千分表在動載作用下，由于具有沖擊作用，導(dǎo)致指針大幅度擺動，無法測得精確的數(shù)據(jù)情況，只能得出靜載作用下的橋體變形。

5 結(jié)語

綜合比較我們不難看出，相比于傳統(tǒng)測量方法，全站掃描儀在橋梁檢測方面有著巨大的優(yōu)勢，在短時間內(nèi)達到一定的精度，并可以對橋體進行三維點云分析，在大大的提高工作效率的同時，也可以得出綜合的橋體數(shù)據(jù)。無棱鏡的測量技術(shù)，實現(xiàn)了對無法涉及的危險地帶的檢測。為今后的測量工作方面，甚至研究方面都有不菲的價值。