1、    三維激光掃描技術在橋梁變形檢測中的應用分析    叢林摘 要：近年來，隨著三維激光掃描技術的發展，該技術被廣泛地應用于工程建設中。與傳統變形監測技術相比較，該技術具有精度高、實時性好、智能化和自動化程度高的特點，從而使監測工作更加全面、有效。本文就三維激光掃描技術在橋梁變形檢測中的應用進行簡要分析，僅供學習和參考。關鍵詞：三維激光掃描技術；橋梁變形檢測；應用分析一、概述三維激光掃描技術選用的是非接觸式高速激光測量的方法，對相關物體幾何數據及影音資料進行獲取，最后利用后處理軟件對數據進行處理和分析，轉換成具有坐標系的三維空間坐標及模型，并能夠用多種

2、數據格式輸出，滿足空間數據庫的數據源，以及三維激光掃描技術的不同應用需求。1.系統組成 （1）三維激光掃描儀；（2）數碼相機；（3）后處理軟件；（4）電源以及附屬設備。2.工作原理三維激光掃描技術利用設備內部的激光脈沖發射器，向相關目標物體發射一束激光脈沖，通過反光鏡旋轉，發射出的激光脈沖掃描目標，信號接收器接收反射回來的激光脈沖，對相關數據進行記錄，包括每個激光脈沖從發射到被測物表面，然后返回設備所經過的時間，以此獲取目標到掃描中心的距離，除此之外掃描控制模塊對每一個激光脈沖的水平掃描角和豎向掃描角進行控制，最后經過后處理軟件自動解算，得出目標的相對三維坐標，也就是云點，經過轉換后，在絕對坐

3、標系中表現為三維空間位置坐標或者模型。3.特點（1）非接觸式三維激光掃描技術是一種非接觸式的高速激光測量手段，無需布置反射棱鏡，直接掃描目標體即可，通過對目標體表面云點的三維坐標數據進行采集。（2）數字化程度較高、可擴展性三維激光掃描技術所獲取的數據均為數字信號數據，具有較高的數字程度，處理起來較為簡便，可以便利的用于數據的分析、輸出以及顯示，后處理軟件人機友好的用戶界面，可以和其它軟件及時進行數據共享，能夠和外接數碼相機、gps等設備相互配合使用，從而拓寬了各自的應用范圍。（3）高分辨率三維激光掃描技術的分辨率較高，能夠方便快捷的采集高質量、高密度的數據，這是高分辨率數據的基礎。（4）廣泛的

4、應用 三維激光掃描技術的技術優勢，使得其在工程建設等領域具有廣泛的應用，還具有較強的環境適應性。4.掃描流程可行性分析橋梁變形檢測技術的發展，大致可以概括為由起初的全站儀+水準儀的組合，到后來近景攝影測量gps和測量機器人等手段的加入。雖然數據采集方式變得多樣化、數據結果數字化、分析處理軟件化，但變形檢測的思路依然停留在“以點代面”這一分析方法上。該方法的弊端顯而易見，無法有效避免變形檢測點數據的應力應變分析結果代替整個結構變形所帶來的局部性和片面性。變形檢測的特點是精度要求高，所以一項新技術能否用于橋梁變形檢測最基本的條件是該技術的測量精度能否滿足橋梁變形檢測的要求。目前，關于三維激光掃描技

5、術的測量，業界普遍認為單點測量精度完全可以達到亞厘米級，模型精度還遠高于此。與目前常用的橋梁變形檢測方法相比，雖然三維激光掃描技術具有傳統方法所不具有的技術優勢，但其實際應用還未普及，特別是在目前儀器設備昂貴、數據處理專業人員缺少、數據處理理論欠缺、國家相應標準沒有出臺的現實情況下。三維激光掃描技術結合了攝影測量和全站儀測量的優點。在掃描視場、有效掃描范圍內、基于一定點云密度獲取掃描對象外觀的點云數據，與近景攝影測量相比，具有更高的數據精度、更高的工作效率，同時數據后處理過程簡單，并能快速準確地生成橋梁的模型。與全站儀測量相比，實現了自動連續測量，數據量呈幾何級數增長，使高質量的橋梁建模成為可

6、能。三維激光掃描儀的強項不在于單點測量的精度，而是可以連續高精度地對掃描對象進行一定密度的點云采樣，通過點云數據生成掃描對象的模型。所以基于三維激光掃描技術的橋梁變形檢測應用不能依靠傳統的“以點代面”的分析方法，尋求一種適合三維激光掃描儀相適應的變形檢測數據處理方法就顯得十分必要。應用范圍三維激光掃描技術在橋梁設計、施工、運營維護階段均可應用。三、應用分析1.設計階段我國橋梁設計程序，一般分為前期工作及設計階段。前期工作包括編制預可行研究報告和可行性研究報告。設計階段按“三階段設計”，即初步設計、技術設計與施工設計。在工程可行性論證階段，首先是選擇好橋位，其次是確定橋梁的建設規模，同時還要解決

7、好橋梁與河道、航運、城市規劃以及已有設施的關系。采用三維激光掃描技術建立橋位及周邊區域的三維數字模型，設計人員在三維數字模型上反復嘗試各種橋梁設計方案，有利于設計人員宏觀把控橋梁與周圍環境、河道城市規劃、已有建筑物設施之間的協調性和美感。目前，在橋梁設計當中，出現越來越多的橋梁遺址保護設計、舊橋加固設計。這類橋梁設計工作必須建立在對舊橋有詳細勘察和測量的基礎上，同時，設計方案對橋梁的樣式、外觀盡量不要做改變，特別是具有歷史價值的橋梁。運用三維激光掃描技術，可以在設計階段就清楚施工后的外觀變化情況，這無疑有助于設計人員與文物保護單位、業主之間的溝通交流。2.施工階段在橋梁施工階段使用三維激光掃描

8、技術就不得不提到bim模型。bim是buildinginformationmodeling的縮寫，即建筑信息模型。建筑信息模型（bim）以三維數字技術為基礎建立起來的一個集成了工程建設項目中各個環節、各種相關信息的數據模型。bim具有的三維可視化特點離不開三維數字建模的支撐，而具有快速、高精度獲取外觀結構點云數據的三維激光掃描技術，無疑是建筑信息模型最好的選擇。三維激光掃描技術另一大特點是無協同作業，不需要對掃描目標做任何準備工作，通過海量的點云數據模擬目標表面的信息。三維激光掃描獲得的海量點云數據，可以通過專業的點云數據處理軟件，轉換成bim支持的模型數據，進而可以與橋梁的設計模型、bim模

9、型進行對比分析，發現施工現場與設計模型的不同點，實現現場施工質量的把控。無疑，三維激光掃描技術是bim模型和施工現場連接的“橋梁”，運用三維激光掃描技術和bim模型可以很好的彌補在橋梁施工前和施工中的質量管理短板。在橋梁施工后期使用三維激光掃描技術逐步獲取全橋的點云數據，建立與cad設計模型對比分析的全橋實際三維數字模型，為質量監控和驗收工作提供良好的數據。3.運營維護階段三維激光掃描技術在橋梁運營維護階段，主要用于橋梁變形健康檢測，相對于傳統的橋梁變形檢測手段而言，具有不需要事前埋設監測設備，不需要接觸測量物體，通過海量點云數據實現高精度模型建立，通過對比分析，能快速精確地反映出橋梁總體的變形趨勢和局部的變形量。如本文所述，結合專門的點云數據處理軟件，可以實現變形分析結果的直觀表達。在市政橋梁里面大部分屬于中小型橋梁，且箱型梁橋居多。中小型市政橋梁橋底一般情況下人員可以到達，為掃描儀的架設提供了可能性，箱型梁梁底為平面，