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桥梁健康监测是指通过分析温度、挠度、应变、振动特性等状态参数,得到健康状况评估和损伤分析,为养护管理部门提供科学的决策依据,并给特殊环境和异常交通条件下的桥梁结构提供安全预警。在运营期桥梁的健康监测中,桥梁外观,内部的缺陷检测和几何、力学的特征检测是其状况评估的主要内容,而结构变形是其外部呈现最直观的形式。

针对桥梁变形,常用的监测手段主要有全站仪、百分表、千分表、挠度仪、GNSS技术、物理学传感器和近景摄像测量等;目前该类监测方法虽然技术成熟但自动化程度不高,测点数量受限于观测棱镜,人工作业量大且工作强度高。随着近年来测绘手段的升级更新,三维激光扫描技术已逐渐成为桥梁健康监测技术的重要组成部分。

三维激光扫描技术作为全新一代测量技术,其自身的特点改变了传统数据采集和内业数据处理方式,具有非常鲜明的技术优势。此次泗水大桥运营期健康监测项目中,山东麦格天泓科技发展有限公司技术人员选用集测量、成像和3D扫描功能与一体的天宝新一代SX12三维扫描仪,可以实现测绘流程设站、高速扫描、地形测量、影像采集等功能,快速采集到铁路资产管理需要的各种原始数据,极大的降低外业劳动强度和人力成本,提高生产的安全性。

项目介绍

Introduction

泗水大桥是一座H型独塔双索面预应力混凝土斜拉桥,其设计新颖,外观简洁大方,气势恢宏,成为了泗水县“十横十五纵”主干路系统的重要组成部分。跨径组合为(51+79+140)米,桥面宽36.5米,主塔高72米。

桥梁整体结构施工完毕后,为保证大桥的运行安全和结构监测,需要为定泗水大桥进行荷载试验,对大桥的变形进行分析。2024年8月25日,受客户邀请,山东麦格天泓科技发展有限公司携天宝SX12扫描全站仪进行泗水大桥荷载变形试验。

相关设备

Equipment

Trimble SX12

解决方案

Solutions

本项目室外部分的数据采集使用了Trimble SX12扫描全站仪。扫描时采用了无标靶的工作流程,扫描时在未知点架站,只需要找到通视效果好的地点就能开始扫描。

01

外业数据采集现场

02

外业手簿参数设置

1.依托 Trimble SX12扫描仪具有测量流程的特点,以此方式设站进行扫描获取的点云数据,均为已知坐标系内绝对位置,无需坐标转换。在外业获取的点云数据自动配准到测量坐标系中,无需内业拼接,这样既保证了点云精度的可靠性又节省了内业数据处理时间。

2.根据现场实际情况,对桥拱、桥墩进行扫描,在扫描仪架站时选择四边形的方式对扫描区域进行有效覆盖,具有多余观测量,可提高扫描效率及降低点云间误差。

3.根据Trimble SX12扫描仪可自由框选被扫物的特点,若有不足则相应调整角度,包裹扫描物体;若有冗余则相应缩小范围,节省时间,选定范围后对桥梁主体结构进行加密扫描,获取精细点云数据。

 

内业数据处理

Internal data processing

1天宝SX12三维扫描仪无需再进行坐标转换,内业直接使用Trimble Business Center软件进行点云去噪分割,点云数据取样等操作步骤可导出完整的桥梁点云数据,并进行精准的桥体结构量测分析。

(2)根据软件的特征提取和三维扫描分析功能,可分别对桥拱、桥面、桥墩等桥梁的各关键部位进行分析,或对目标区域及逆行精准量算和检验。

桥梁整体点云

桥梁特征点提取
桥梁特征点提取

桥梁两期三维点云数据对比分析色谱图

归纳总结

Summary

01

高效率

1人1天完成桥梁整体的外业扫描工作。

02

高精度

基于导线测量,无需点云拼接,整体精度取决于导线控制网精度。

03

多功能

一台仪器可完成棱镜测量,免棱镜测量,高速三维扫描,高清摄像,放样测量等任务。

04

完整解决方案

强大的TBC数据处理软件,可提交丰富的交付成果。

针对本次项目,得益于天宝SX12三维扫描仪这一数据采集工具,可极大地改善客户体验,交付成果满足客户需求。

通过使用天宝SX12影像扫描仪:

可以判定桥梁结构试验在荷载作用下的受力工作性能否满足设计及规范要求;

在桥梁结构启用前,为该桥梁结构技术状态建立档案,为运营期间桥梁结构养护工作提供原始资料;

为桥梁的竣工验收、规范化运行提供指导和建议。

高精度的三维点云数据模型,可为该桥梁结构技术状态建立档案,为运营期间桥梁的结构养护工作和规范化运营提供指导和建议。

因年代久远或档案保存不当,现有许多在役桥梁的设计图纸与资料存在遗失的状况,随着现代数字化进程的发展,桥梁三维数字化档案的建立也是一大热点。结合此次桥梁健康监测实际案例中可以发现,天宝SX12三维扫描仪作为高效率、高精度的桥梁监测技术,可为桥梁的施工、管理、运营等提供全面的解决方案。天宝将继续大力推进三维激光扫描技术在桥梁监测方面的应用,为桥梁管理决策提供科学依据。

优势分析

Strengths

Trimble SX12能够在这么艰苦的环境中工作并且高效的完成整体任务,最重要原因归结于 Trimble SX12 具有 1″全站仪、三维扫描仪和高清影像采集仪于一身的独特性能,Trimble SX12 是天宝最新推出的重量级测量神器。如下为其独特的作业优势:

01

快速性

三维激光扫描仪可以瞬时快速完成扫描作业,获取海量点云数据,相比传统的单点观测节省了大量的时间,同时方便后续的数据更新迭代。

02

时效性与主动性

扫描数据的获取具有实时动态的特征,且不需要外部光源,仅凭自身主动发射激光信号完成扫描,可以降低外界、气温气压等自然条件制约。

03

高精度与高密度

由于点云数据呈现为点阵和格网,间隔可以通过人为设置达到一定精度与分辨率,因此可以根据实际需要和精度要求进行操作。目前扫描仪最大分辨率下的精度可达亚毫米级。

04

非接触性

自动发射接收的激光使得人员无需对扫描物体作任何处理或安置反射棱镜,就可以对包括非刚性物体等进行扫描,也可以协助人员在困难或危险的邻域代替测量。

05

穿透性

该特性使得同一物体不同层面的数据采集成为可能,尤其对于地形地貌和植被覆盖的山坡等,可以还原其本貌和几何。

06

数字化与自动化

三维扫描仪数字化特征明显,能够方便后续的数据输出与展示,配套的Trimble Business Center、Trimble RealWorks 软件能够完成点云数据的预处理和转换,实现数据的共享和调用。

07

直观性

通过外置(或内置)数码相机和 CCD 摄像机协助扫描同步进行监测、遥控、选位拍照,利用真彩色或色彩编码形式显示点云数据,减少不必要的返工和不确定性。

08

集成性

天宝SX12 为 1″全站仪与扫描仪完美结合,可以直接定位点云数据输出大地坐标系下的坐标,免去坐标转换,方便生产。

END