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工程测量在土木工程中应用

2020-12-04 11:32 来源:土木工程论文 人参与在线咨询

摘要:文中以工程测量技术为研究对象,针对GPS定位、RTK测量、地面三维激光扫描、无人机倾斜摄影测量几种技术及其在土木工程施工中的具体应用进行了探讨。

关键词:土木工程;工程测量;三维激光;倾斜摄影

1GPS定位与RTK测量技术

1.1技术原理。GPS定位系统以卫星系统为核心,由地面监控系统与终端信号接收系统实现对物体所处空间位置的定位分析。当前GPS定位技术面向静态定位、动态定位两个应用领域划分为以下两种类型:其一是差分GPS技术,通过确定某一基准点架设基站、设置GPS接收机,计算出该点位的信号差并进行定位结果的修正处理,提高定位精度。其二是RTK测量技术,由基准站、流动站、无线电通信装置组成RTK系统,以观测建筑物位置为基准点完成基站的架设,在其周围设置观测点,结合信号接收机接收到的卫星信号与时间、位置数据进行叠加处理,建立时程曲线,获取三维坐标、速度等参数,实现对观测点位移的动态监测。

1.2具体应用。将GPS定位技术应用于桥梁测量中,通过采集桥梁受力点的坐标值绘制出桥梁剖面图、建立桥梁模型,结合施工现场实际情况借助高斯投影进行模型转化,获取桥梁结构关键点位的三维坐标,有效提高桥梁测量精度。将该技术应用于水坝等大型构筑物的测量中,需预先在构筑物外部确定测量点、设置信号接收设备,再在坝体中心部位设置观测点,采集60min内接收到的卫星定位数据建立时程曲线,以此实现对坝体振幅的动态观测,配合蓄水、排洪等措施进行随机振动检测。利用该技术测量机场跑道,收集不同轴线的位置坐标、方位角等参数,通过数据重叠与比较实现对跑道轴线平直度的检测,通常可将测量精度控制在±1″~6″范围内。

2地面三维激光扫描技术

2.1技术原理。地面三维激光扫描技术包含固定式、移动式两种类型,其中固定式三维激光扫描技术通过获取点云数据实现工程测量,测量精度高、速率快,可适应野外作业需求;移动式三维激光扫描技术则以车载平台为载体,使用频率相对较低。该技术的应用原理是利用激光进行测距,以三维激光扫描仪为主要测量工具,在工作状态下完成数据采集与处理,对照反射后的激光强度匹配相应的颜色灰度,获取测点在X、Y、Z三个方向上的三维坐标。

2.2具体应用。将地面三维激光扫描技术应用于隧道变形测量中,选取LeicaC10激光扫描仪作为测量工具,该激光扫描仪的角度精度为12″、50m处的距离精度为4mm,待测量隧道采用盾构法施工,内外径分别为13.8m和15.0m、管道宽度为2m,沿隧道横断面方向设有3道混凝土板墙将其划分为5个空间,仅设置单独测站无法获得该隧道所有断面的点云数据,对此可以隧道为基准布设6个测站、设置12个标靶,相邻两测站间设有3个标靶,以逃生通道作为通视条件,利用Cyclone软件进行点云数据的拼接,构成全断面点云,以此实现对隧道相对变形量的精确测量,配合二次曲面函数的建立实现对变形量较大隧道的空间几何形态描述。将该技术应用于道路竣工测量中,利用激光扫描技术可获得道路的纵横断面样图,同比传统测量方式可将测量效率增大4倍,在提取点云数据后完成坐标系转换,结合点的三维坐标生成等高线,完成纵横断面样图的绘制。将该技术应用于建立复杂构筑物的精细三维模型,利用三维激光扫描技术获得构筑物的三维点云数据及影像数据,通过纹理映射生成三角网面片,待完成边缘处理后整合成为彩色三维模型,可实现对复杂构筑物距离、凹凸纹理等数据的测量,优化建模效果、提高三维建模的精细化水平。

3无人机倾斜摄影测量技术

3.1技术原理。无人机倾斜摄影测量技术主要利用无人机装载红外相机与数码相机,通过低空摄影采集地面信息、保证测量成图精度。该技术的实现包含以下五个流程:其一是相机标定,采用预检校方式复原相片与镜头的位置关系,在室内设有标定板、标定场,依据主距变化的方位元素获取畸变系数,实现对相机的标定处理,保证获取真实的地面图像;其二是图像定位,可基于PhotoModlerScanner等软件自动完成图像定位,选用滤波器进行图像预处理,保证获取图像间的相对位姿;其三是制定飞行计划,基于人工鱼群算法与DJIGO4软件导入具体的点坐标值,确定飞行高度、速度、路线、拍摄角度、拍摄频率等参数,由此规划出最优飞行线路,生成精确度较高的飞行区域边界值;其四是影像采集,可引入四旋翼无人机系统提高平台负载能力,支持多种高精度导航设备,优化地面分辨率等数据,提高影像采集质量;其五是表面三维重建与4D产品生成,在完成外方位元素的确认后,基于自动图像匹配技术重新建构场景,输出点云数据、调整点云密度,配合图像匹配算法自动选取特征点,保证生成精确点云[1]。

3.2具体应用。将该技术应用于桥梁检测中,能够为桥梁损伤的自动检测提供技术支持,支持悬停定点观测、准稳定飞行与画面实时传输,提高桥梁监测与维护质量。将该技术应用于数字城市建设中,可生成高精度实景三维模型,引入Pictometry系统完成建筑物三维模型的重建,基于相距标定、纹理映射等自动生成建筑物纹理、完成损伤检测,为建筑物质量提供保障。将该技术应用于滑坡调查中,借助md4-200微型无人机执行航拍任务,收集监测区域范围内的多组相片,通过后期影像分析掌握滑坡表面裂缝、位移等具体滑坡信息,配合图像分析技术建立三维数字模型,更好地为滑坡调查及加固措施的编制提供数据支持。

4结论

当前土木工程行业与市政工程、道路桥梁、水利项目的施工建设存在密切关联,引入GPS、RTK、三维激光扫描、倾斜摄影测量等先进技术手段,能够进一步提升工程测量精度与智能化水平,为土木工程建设与质量控制提供数据与技术支持。

参考文献

[1]林毅.土木工程施工中的测量施工分析[J].住宅与房地产,2017(12):228.

作者:宋亮 单位:江西省地矿局赣西北大队

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