贾庆喜
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摘要：随着现代测量技术的不断发展，桥梁变形监测趋于智能化、自动化，近景摄像测量技术已经成为桥梁变形监测的重要手段，通过采用直接线性变化法，处理数码相机采集的数据，探究实时监测数据的精度及可靠性，对该方法阐述了桥梁变形监测的实验原理和方法。
关键词：摄影测量；变形监测；桥梁变形
随着工程建设和测绘技术的不断发展，桥梁变形监测已经成为测绘工程的重要课题。桥梁建筑结构容易受到风力、车辆以及地震等诸多因素的影响，水准仪、全站仪以及位移传感器等测量方式虽然可以确定桥梁变形，但是缺乏实时监测功能。近景摄影测量是摄影测量与遥感学科的一个分支，主要是通过摄影手段以确定目标的运动状态和外形，通常情况下，近景摄影的摄影距离小于100m。关于近景摄影测量在桥梁监测中的应用。
一、慨述
随着人们对交通出行的需求越来越高，各类交通工具的应用频率呈现不断增加的趋势，同时其对桥梁的运行提出了更高的需求。桥梁在使用过程中，如果出现疲劳或者损害的问题，其主要是由于雨水冲刷以及空气氧化所致，导致桥梁的强度和刚度受到影响。对桥梁进行监测，可以指导其安全运营，加强对阈值的监测，最终保证桥梁的运行安全。随着测绘技术的不断发展，在传统测绘的基础上，越来越多的新技术正在飞速发展，近景摄影测量就是其中之一，作为摄影测量技术的一个重要分支，已经在很多领域取得了成功的案例，其逐渐朝着数字化以及计算机视觉领域的方向发展。
二、近景摄影测量的原理
近景摄影测量技术主要是通过专业的可量测摄影机或者非量测摄影机，对近距离的被摄物体进行拍摄，通过相关软件进行图像处理，获得有一定重叠度的立体影像，依据共线方程，经过误差改正之后得到目标点的物方实际坐标。近景摄影测量应用于桥梁等建筑物的变形监测，就是采取定期或者不定期的拍摄影像，以拍摄影像作为数据源，通过解算获得不同时间点的各监测点位的坐标变化情况，以此作为变形监测分析的数据依据。桥梁的变形监测属于高精度的测量，如果要采用近景摄影测量方法进行桥梁的变形监测，就必须尽量削弱外部因素对精度的影响，否则无法达到变形监测的目的，所以必须进行摄影机检校工作，主要有：主点与主距的测定；光学畸变系数的测定；相框坐标系的设定；摄影机畸变差变化的测定；摄影机内外方位元素的测定等。
三、桥梁变形监测的方法
1、传统桥梁变形监测方法
与其他工程建筑物相比，桥梁构造较复杂且细微的变形可能造成较大的应力变化，因此对桥梁监测精度要求较高。桥梁变形监测方法有多种，常规大地测量法和物理传感器法是获取变形数据的主要手段，因其具有简单、易行、成本低等优点，较适合大众化监测。
常规大地测量方法。通常采用电子或光学测量仪器，根据桥梁监测需求，周期性、重复性地测量角度和距离等来获取桥梁监测点的三维坐标，进而确定桥梁结构的垂直位移和水平位移。该方法具有较高的灵活性，测量精度高，随着各种精密仪器的出现，大地测量方法在桥梁监测中得到广泛应用，能适用于多种不同结构形式的桥梁变形监测精度要求。但在实际工作中该方法监测速度慢，自动化程度较低，且需要投入大量的人力、物力，易受现场地形条件、天气和通视等条件的影响。
物理传感器方法。常规大地测量法只能获取桥梁整体变形信息，而桥梁局部变形的监测不容忽视，于是将物理传感器引入局部桥梁监测中。目前用来测定桥梁局部变形的物理传感器主要包括测力计、应变计、位移计、倾斜仪、重量动态测量仪、锈蚀检测仪、电子水平仪及振动、温度、风力、压力、湿度、雨量等传感器。物理传感器法的特点是能获取观测桥梁内部的应力、压力、倾斜角度、温度变化及高精度的局部变形信息，且能长期连续地自动观测。物理传感器固定安装在桥梁中，使用灵活，能在恶劣环境中实现自动观测。但该方法只能监测桥梁的局部变形和相对变形状况，无法掌握桥梁变形的整体情况，存在一定的局限性。
2、3S技术桥梁变形监测方法
近年来，随着3S技术尤其是遥感技术和导航系统的不断发展，计算机技术和空间技术等的迅猛兴起，变形测量技术发生了革命性的变化，推动桥梁变形监测技术从地面扩展到空间、从静态到动态，逐渐实现全天候、自动化监测。目前桥梁变形监测中应用较广的3S技术包括摄影测量技术、GPS技术及雷达干涉测量技术。
摄影测量技术。摄影测量是利用光学摄影机摄取影像，重新构建目标的空间几何和物理模型的一门学科。摄影测量技术因其外业工作量小、不受自然地理条件限制，能非接触性地快速获取桥梁的几何信息和物理信息，避免了野外采集的繁琐步骤，为静态目标提供三维空间坐标的同时还能提供动态目标的变化规律。随着计算机的问世，利用计算机快速完成摄影测量中复杂的计算问题得到推广。便陆续解析空中三角测量、近景摄影测量、数字摄影测量等较精确的方法，经过长期的研究解决了像片系统误差的补偿及观测误差的自动检测，从而保证了桥梁变形监测的高精度和可靠性。［2］采用数码相机进行桥梁目标点的三维量测，建立了桥梁的立体模型和纹理形状恢复，并与同期全站仪测量结果对比，结果表明摄影测量方法能满足桥梁检测的精度要求；研究结果表明非量测数码相机可实现桥梁变形监测，精度能达到厘米级。总体来说，利用摄影测量技术进行桥梁变形监测可行，适合于大范围地面变形监测，但与全站仪监测相比，该方法精度不是很高，且测量设备成本高，在桥梁的适用研究中还需进一步探索。
GPS测量技术。GPS开始应用于变形监测，在滑坡、大型建筑、大坝变形、隧道变形监测等方面得到广泛应用，给变形监测带来了技术变革。其基本原理是通过GPS接收机同时接收3颗或3颗以上卫星信号，根据测距码或载波信号测量测站点至卫星的距离，并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用空间后方交会法解算出测站点的坐标。采用GPS接收机监测桥梁变形，具有精度高、不受地面通视条件和距离限制、全天候、自动化程度高等特点，可作周期性和持续监测，作为一种桥梁监测新技术，随着其硬件、软件的不断发展和完善，在大型桥梁变形监测方面已表现出一定的优越性。GPS技术应用于桥梁变形监测能达到毫米级的精度，大大减少了外业工作量，降低了人为因素的影响。然而对于部分桥梁，监测点的天顶通视差，监测精度受到影响，当监测点较多时其成本较高；且与全站仪相比，其垂直位移监测精度较低，还有待提高。
通过采用近景摄影测量方法对桥梁线形进行监测，要根据现场的实际情况制定拍摄计划，选择适当的角度和距离进行拍摄。拍摄的影像质量越高则后期数据处理得出来的结果精度越高，虽然实验的精度比较高，但是在今后的实验中，还要对测量方法进行优化，改进使用的设备及方法措施，然后选取质量最好的输入软件进行量测和建模;在实地量测目标物上最大距离，以帮助软件进行特征点的量测，不断提高监测精度，取得更好的应用效果。
参考文献：
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