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动态精密工程测量技术及应用

时间:2021-11-02浏览量:37

21世纪以来,我国工程建设突飞猛进,工程建筑物规模迅速扩大。截至2019年,我国高速公路通车里程增长至142 600 km,高速铁路通车里程35 000 km,摩天大楼超过100栋,公路隧道和铁路隧道超过35 000座,跨江大和跨海大桥数百座。这些大规模工程建筑物的服役状态不断发生变化,变化超过一定限度时将会引发事故,威胁人民生命财产安全。因此,必须对重大工程建筑物的几何形状和物理属性进行高精度、高频次精密测量,以精准评估其服役状态。

传统精密工程测量一般通过精心布设平面控制网或高程控制网,在若干重要位置处布设精密测量仪器,进行空间抽样测量,自动化程度低,测量成本高,难以实现全覆盖、高效率、高精度的工程结构物服役状态检测。例如,道路弯沉是表征道路承载能力或结构强度的重要力学指标,反映路面使用性能。传统方法一般通过贝克曼梁法测量道路弯沉,通过对路面施加一定的载荷力,使路面充分变形后移除载荷,测量路面回弹弯沉,测量效率较低,约为1~3 km/h,而且需要封闭道路,如果将我国高速公路道路弯沉全部检测一次,需要近百台设备,近千人,连续工作一年,并且难以实现空间连续的普查检测。弯沉动态连续测量是实现解决问题的有效途径。加上一些工程建筑物在提供服务时不可被干扰,留给运营维护的窗口时间非常短。高速铁路每天都有上百对高速列车通过,只有2~4 h的时间窗口进行高铁轨道检测,其日常检测若要求无缝覆盖全部高铁轨道,仅武广高铁每晚就要有上千人上路检测,在高铁沿线布设固定检测设备成本高昂,难以承受。因此,必须将测量仪器安装在沿着高铁轨道行驶的检测平台上,进行动态测量。

随着工程科技、计算机、电子信息和人工智能的发展,智能车、无人机、无人船、机器人等自动化移动平台的快速普及,工程测量逐渐向自动化、动态化、智能化方向发展,逐步具备了运动状态下的测量能力。动态精密工程测量指的是测量平台或测量对象处于运动状态下的精密工程测量。测量平台指的是布设测量仪器的基础平台,包括固定精密测量仪器的基座,例如:移动车辆、无人机、舰船、机器人等,以及安置在平台上的多种测量仪器和传感器。被测对象指的是被观测的对象,例如:建筑物、桥梁、隧道、道路、大坝、管道等。与传统精密工程测量不同,动态精密工程测量通常指测量平台或者测量目标这两个要素中至少有一个是运动的。动态精密工程测量的测量平台既可以成熟测量设备,如测量机器人,移动测量车等;也有研制专用集成测量装备,可进行精密动态的位置、姿态、表观形状或内部状态测量。后者的位置和姿态测量主要靠集成高精度全球导航卫星(GNSS)接收机、惯性传感器(IMU)、里程计等传感器来实现;表观测量则主要采用高清可见光或红外相机、激光雷达、线结构光测量传感器等;内部测量主要采用探地雷达、多波束声呐、管线机器人等传感器来实现。集成测量装备通过快速获取目标对象的多源几何和非几何数据,利用智能化数据处理方法进行高效处理和识别,从而实现目标对象的变化特征测量,在此基础上对测量目标的状态进行评估和分析,为其安全运行和维护提供可靠依据。动态精密工程测量已经广泛用于大范围的公路铁路、桥梁隧道、水利枢纽等精密工程测量中。

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