建筑工程論文-現(xiàn)代變形監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與展望-文庫吧
2025-01-03 15:43 本頁面
【正文】 86。單點精度：177。15毫米旋轉(zhuǎn)棱鏡8000點/秒振蕩棱鏡12000點/秒LMSZ420iRiegl1000m360186。80186。單點精度：177。10毫米地面三維激光掃描儀作為非接觸式高速激光測量方式，以點云的形式獲取地形及復(fù)雜物體3維表面的陣列式幾何圖形數(shù)據(jù)，在地面景觀形體測量，文物保護建模，高陡邊坡地形測量及工程量計算等具有較明顯的優(yōu)勢。與同樣具有快速測量優(yōu)勢的數(shù)字攝影測量相比，降低了對地表紋理的要求，無需像控點，能反應(yīng)對象細節(jié)信息等特點。三維激光掃描系統(tǒng)的速度快，不需接觸目標，精度高，信息豐富（不僅獲取空間信息，還獲取灰度信息和真彩色紋理）、自動化程度高、3mm的面型測量精度等特點，能快速準確地生成監(jiān)測對象的三維數(shù)據(jù)模型，這些技術(shù)優(yōu)勢決定了三維激光掃描技術(shù)在變形監(jiān)測領(lǐng)域?qū)⒂兄鴱V闊的應(yīng)用前景。已開始在橋梁、文物、滑坡體、泥石流、火山等領(lǐng)域快速面監(jiān)測中進行應(yīng)用。例如，美國弗羅里達州運輸部利用ILRIS3D對弗羅里達州I10出口的30號橋梁進行橋梁加載變形監(jiān)測的試驗[18]，以分析該橋梁結(jié)構(gòu)承受能力，通過與傳統(tǒng)監(jiān)測手段在外界所需條件、測量精度、測量需要時間、需要人員、測量總點數(shù)、成果輸出等方面的比較，認為三維激光掃描技術(shù)在變形監(jiān)測方面是可行的。但由于激光掃描系統(tǒng)得到是海量數(shù)據(jù)，一個目標多幅距離影像，以及點云的散亂性、沒有實體特征參數(shù)等，直接利用三維激光掃描數(shù)據(jù)比較困難。針對三維激光掃描技術(shù)的整體變形監(jiān)測概念，研究與三維激光掃描儀相適應(yīng)的變形監(jiān)測理論及數(shù)據(jù)處理方法，主要考慮以下問題[19]：（1）現(xiàn)有的基于變形監(jiān)測點的變形監(jiān)測模式不適用于基于三維激光掃描儀的變形監(jiān)測，必須摒棄變形監(jiān)測點，探討無變形監(jiān)測點的監(jiān)測對象測量方法?？紤]采用監(jiān)測對象自身的特征點或人工投射的特征信息來替代變形監(jiān)測點的作用，并采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)。（2）要研究監(jiān)測對象三維模型的建立和模型的匹配。三維激光掃描儀的采樣數(shù)據(jù)包括監(jiān)測對象的三維點云和同步采集的紋理信息，利用點云信息能夠很快構(gòu)建監(jiān)測對象的三維數(shù)據(jù)模型，再加上紋理信息，就能建立研究對象的仿真模型。而變形量的獲取可以通過不同時期的兩個模型間整體對比(即模型求差)來獲取，這里就必然涉及到對模型進行匹配的問題。（3）基于三維監(jiān)測對象模型的變形分析理論及方法研究。變形監(jiān)測的最終結(jié)果是要進行相應(yīng)的應(yīng)力及應(yīng)變分析，這里的分析是基于整體監(jiān)測對象模型的，和傳統(tǒng)的基于變形點的以點代面的分析方式存在較大差異，所以，有必要對基于三維監(jiān)測對象模型的變形分析理論及方法進行相應(yīng)研究。（4）監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度評價體系的建立和模型的精度評定研究。要建立一個完整的理論及技術(shù)體系，除了應(yīng)具備一套完善的理論及方法外，還應(yīng)建立相關(guān)的成果評價體系，具備相關(guān)精度指標和置信度的成果才是完整的，這也是相應(yīng)信息被正確使用的前提條件。地下觀測監(jiān)測技術(shù)主要指監(jiān)測結(jié)構(gòu)體及巖土內(nèi)部變形的技術(shù)。常用的內(nèi)部位移觀測儀器有位移計、測縫計、測斜儀、沉降儀、垂線坐標儀、引張線、多點變位計和應(yīng)變計等。傳統(tǒng)的位移計、變位計和應(yīng)變計等點式監(jiān)測手段，通常采用電阻式、電感式、鋼弦式、電容式、壓電式、壓磁式等傳感器，易受雷擊等電磁干擾大，故障概率高。近些年，作為高速通訊線纜的光纖，利用光在光纖中的反射及干涉原理，開始開發(fā)出各種各樣的光纖傳感器，這里包括多種用于監(jiān)測形變的傳感器。采用光纖傳感器優(yōu)點主要有：光纖應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)可以進行分布式監(jiān)測，可做長距離，大范圍的面狀監(jiān)測；它對測點輸入的不是電源，而是光源，因此，不受電磁干擾，穩(wěn)定性好；監(jiān)測精度高，可以滿足工程監(jiān)測要求；光纖傳感器本身又是信號的傳輸線，可以進行遠程監(jiān)測，成本低；另外，光纖傳感器還可以用于裂縫、滲流、孔隙壓力、溫度等狀況進行監(jiān)測。目前開發(fā)的光纖傳感器各種各樣，大多是利用光的反射及干涉原理來測定某一段光的變化，利用光的某種變化量與應(yīng)變、壓力及溫度等物理量之間的關(guān)系來推求物理量值的變化。主要形式見表2所示[40]：方式面狀點狀光纖監(jiān)測技術(shù)BOTDR(Brillouin Optic TimeDomain Reflectometry)BOCDA(Brillouin Optic CorrelationDomain Analysis)FBG(Fiber Bragg Grating)MDM(Macro DistortionMonitor)精度1180。1041180。1057180。1044180。1061mm測量時間5－15min不祥高速實時高速實時測量范圍/測點數(shù)10－50km/分布式1km/分布式10km/數(shù)百點10km/數(shù)十點長度分辨率1m10cm點點溫度影響溫差5度時要考慮可不計可不計可不計系統(tǒng)造價檢測器昂貴光纖便宜檢測器價格不祥檢測器便宜傳感器昂貴檢測器便宜傳感器昂貴特征優(yōu)點長距離、分布式高空間分辨率、分布式高速高精度高速高精度傳感器不受力缺點高速監(jiān)測性能差光纖性能影響監(jiān)測光纖兩端測量長距離監(jiān)測不可點式監(jiān)測、監(jiān)測距離及點數(shù)與光源強度有關(guān)點式監(jiān)測、測點多時測定時間長適用工程堤防工程、隧道工程、庫岸邊坡、大型露天礦邊坡，不適合激烈變化的邊坡工程結(jié)構(gòu)物如橋梁的監(jiān)測可用于激烈變化的邊坡工程橋梁結(jié)構(gòu)物監(jiān)測由于光纖應(yīng)變監(jiān)測需要將監(jiān)測傳感器布置到需要監(jiān)測的部位，對于一些不能布點的監(jiān)測部位，光纖應(yīng)變監(jiān)測無法使用。對地觀測監(jiān)測技術(shù)，是利用衛(wèi)星或飛機上的測量傳感器實現(xiàn)對地面進行沉降或位移監(jiān)測的技術(shù)。目前主要包括GPS全球定位系統(tǒng)、DInSAR（Differential－Interferometric Synthetic Aperture Radar）差分干涉雷達測量和機載激光三維掃描等技術(shù)。 GPS監(jiān)測技術(shù) GPS觀測技術(shù)的特點與監(jiān)測應(yīng)用領(lǐng)域GPS測量技術(shù)以其測站點之間無需通視、全天候觀測、提供三維信息、測量范圍大等特點，已成為現(xiàn)代測量的主要技術(shù)手段。GPS可以提供點位基于全球坐標系統(tǒng)的變化，不受局部變形的影響，可以監(jiān)測全球范圍或區(qū)域范圍內(nèi)的地球板塊的運動，為地震監(jiān)測提供必要的數(shù)據(jù)。目前，我國利用GPS已建立中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)。由于GPS不需要各種點（基準點、監(jiān)測點）之間通視，測量范圍也不受限制，同時具有高速數(shù)據(jù)采樣率，使其在工程變形監(jiān)測方面，具有獨特測量優(yōu)勢。比如對于滑坡體較大通視條件差或大的露天礦邊坡，很難找到通視的基準點，采用GPS監(jiān)測時，基準點就可以選在遠離變形區(qū)，而不是否通視。對于海上勘探平臺沉陷監(jiān)測、城市地面沉陷監(jiān)測，采用傳統(tǒng)的水準測量方法無法實現(xiàn)或作業(yè)強度很大，采用GPS可以降低勞動強度，而且可以直接利用大地高計算沉陷量，使觀測結(jié)果的精度不受損失。利用GPS數(shù)據(jù)的高采樣率，可用于高聳建筑物的風(fēng)振監(jiān)測、橋梁的振動監(jiān)測，尤其是5公里以上特長橋梁。 GP
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