全站扫描仪在桥梁检测中的应用★

宋洪阳 张雨桐 赵梓言

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

现如今，随着交通荷载等级的不断提升，交通量也进一步加大，对于旧桥的使用状态评价以及检测维修加固也愈发重要，而在使用传统千分表检测方法时，精度虽然可以满足要求，但往往效率较低，对于桥体的检测数据收集的也不够完善。而在使用全站扫描仪对桥体进行检测过程中，通过三维激光点云扫描，可以采集整个桥体的点云数据，通过已知数据，建模分析，实现对桥体各个部位的精准测量。在加载前后，桥体挠度等数据的变化，从而分析旧桥的使用情况，然后再进行进一步的维修加固处理。而且整个过程无需过多人力设备，大大提高工作效率以及测量人员的安全性。

1 全站扫描仪的基本功能

全站扫描仪是影像全站仪，近景摄影测量，三维激光扫描的有效结合。它是一种集光学、电子技术为一体的测量设备，具有全站仪的一些基础功能外，还拥有扫描仪的功能，可以通过三维激光扫描，获取被测量物体的三维空间位置信息，数据点云化，而且不需要棱镜反射信号，直接将物体信息收录，自动学习环境中的反射目标，过滤无效反射体。在整个测量过程中，将点云模型反映在显示屏幕上，实现对测量过程中的智能化控制。由于全站扫描仪应用WFD波形数字化测量方法，故其具有更快的测量速度，测量频率可以达到1 000 Hz。即以每秒1 000个点的速度采集数据，可以瞬间记录汽车通过桥梁时发生的位移，以较高的精准度来测出汽车经过前后的桥体的连续变化，使测量人员能够掌控桥体受动载下的瞬时变化以及变化规律，并实现精准的监控手段。

2 全站扫描仪对桥体检测的过程

与普通全站仪一样，架设仪器之后，在已知的控制点进行对中整平，后视定向，将相应的控制点信息输入仪器内，将被测量物体框选中之后，根据自己所需的精度，可以调整全站扫描仪的测量速度，所需要的点云数据越多，测量速度越慢。在桥体空载情况下，按照上述步骤进行测量之后，将所测得的桥体坐标数据保存，导入Infinity等软件中实现高效的数据处理，并可以同时生成输出三维模型，根据所需，智能查看所需观测的点云。同样道理，测得桥体在布载情况下的下挠数据，导入软件建模分析，可将建立好的模型导入CAD，通过对比两次测量的桥体处理模型报告，得到桥体挠度变化、应变和裂缝等数据。值得一提的是，如果在桥体附近没有已知的控制点，可以自己假定一个控制点信息输入到仪器内，通过两次相同的拟定信息，同样可以对比得出不同荷载情况下桥体性能的变化情况。

3 传统千分表方法对于桥体的检测

3.1 传统千分表的检查

由于梁式桥的刚度很大，在荷载作用下变形很微小，所以很小的误差都有可能导致测得的数据精确度不够，所以，在使用前，要对千分表进行性能检查，将指针调零后，轻轻拨动指针，松开后观察指针是否回到原位，同时还应检查千分表的指针与表盘没有摩擦影响，指针不会卡住或跳动等。

3.2 固定安装千分表，贴应变片

在桥梁底部架设扶梯，由测量人员爬梯，将千分表固定至桥梁底部，并将千分表读数调零。为了测得的数据具有代表性，对于一般性梁式桥来讲，要将千分表固定至跨中断面并且同时要在支座处同样设置千分表。目的是减去桥体在受荷载作用下时，支座产生的变形量，并在相应位置贴上应变片。

3.3 测量桥体布载下的挠度，应变

将标准重量的荷载布置在桥体上，由于桥梁的挠曲变形，导致千分表的表头被压缩，指针转动，记录得出桥体的挠度值。顾名思义，千分表的精度可以达到0.001 mm，完全可以满足工程上的精度需要。但要注意的是，在读取千分表表盘数据的时候，应正视千分表表盘，避免视线误差。

4 千分表，全站扫描仪的优势

4.1 精度方面

全站扫描仪可以达到优于0.6 mm的超高扫描精度，虽不及千分表的精度情况，但可以满足工程师测量的要求。而且全站扫描仪测量得到的数据是三维点云，可以综合比较桥体各个部位的变化情况。而千分表无法对于桥体进行全方位的测量，只能得到个别位置的桥体数据，无法综合得出桥体变形情况。

4.2 效率方面

全站扫描仪无需过多的人力设备，只需要2个～3个人就可以实现仪器的操作，输入相应的数据，它通过自动扫描，将桥体数据保存在机器内。而且在整个扫描过程中，也不必耗费过多的时间，对桥体可以进行高密度的扫描，2 h就可以扫描近700万个点云数据，同样可以达到相应的精度，大大的减少了外业的测量时间。而千分表往往需要多人帮助，架设扶梯，同时读取多个数据等，操作复杂，对测量人员的安全性也有一定的威胁。

4.3 数据方面

全站扫描仪可以瞬间记录桥体发生的位移，在为分析动荷载下的变化情况提供了有效地检测方法。而传统千分表在动载作用下，由于具有冲击作用，导致指针大幅度摆动，无法测得精确的数据情况，只能得出静载作用下的桥体变形。

5 结语

综合比较我们不难看出，相比于传统测量方法，全站扫描仪在桥梁检测方面有着巨大的优势，在短时间内达到一定的精度，并可以对桥体进行三维点云分析，在大大的提高工作效率的同时，也可以得出综合的桥体数据。无棱镜的测量技术，实现了对无法涉及的危险地带的检测。为今后的测量工作方面，甚至研究方面都有不菲的价值。