數(shù)字圖像檢測技術(shù)在施工監(jiān)控中應(yīng)用的可行性探討

黎樂濤

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的日益發(fā)展，傳統(tǒng)施工監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)越來越難滿足工程需要。工程從業(yè)人員迫切希望得到一些可靠的高新技術(shù)手段來解決這一難題。而數(shù)字圖像檢測技術(shù)以其非接觸、設(shè)備周邊環(huán)境要求低以及可同步多測點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)將有望成為施工監(jiān)控未來的一大助力。

關(guān)鍵詞：施工監(jiān)控；數(shù)字圖像檢測；邊緣檢測

施工監(jiān)控是保證施工整個(gè)過程中結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)，使施工項(xiàng)目保質(zhì)保量完成的必要措施，占整個(gè)施工過程中一個(gè)舉足輕重的重要地位。施工監(jiān)控起到了一個(gè)指導(dǎo)的作用，為結(jié)構(gòu)最終建成后能最大程度符合設(shè)計(jì)要求的線形和結(jié)構(gòu)內(nèi)力起到了至關(guān)重要的作用。而且在體量龐大，要求施工誤差較小的重大工程，諸如橋梁施工項(xiàng)目和高層建筑施工等工程項(xiàng)目，施工控制的糾錯(cuò)功能顯得尤為重要。

隨著圖像的數(shù)字化技術(shù)的形成和進(jìn)步，傳統(tǒng)施工控制技術(shù)所存在的很多不足之處都看到了解決的希望。以往的施工監(jiān)控，大多數(shù)的工作都是需要人工操作的。為了與經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到相互平衡，在精準(zhǔn)度還有可控參數(shù)方面都有比較大的局限性。而且對一項(xiàng)簡單而又需要重復(fù)操作的工作，人的工作效率顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上計(jì)算機(jī)的。而數(shù)字圖像檢測技術(shù)的到來為施工控制帶來新的生命力。

1 工程概況

本文使用的工程實(shí)例，是坐落在廣州市番禺區(qū)的番禺景觀大橋。該大橋是廣明高速到S363線段的番禺景觀大道工程的第三標(biāo)段（K2+640～K5+636.8），位于大夫山森林公園東南面，主橋跨越市橋水道。主橋?yàn)槿珙A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋（68.5m+115m+68.5m），全長為252m。

2 數(shù)字圖像檢測技術(shù)應(yīng)用思路

對景觀大橋施工過程進(jìn)行數(shù)字圖像的采集和轉(zhuǎn)化處理，將數(shù)字圖像由rgb三原色圖像轉(zhuǎn)化成黑白二值圖像，作為接下來被邊緣檢測的對象。然后對圖像進(jìn)行初次邊緣檢測，并對檢測結(jié)果的精度作出標(biāo)定，假如不能滿足研究需要，則對圖像進(jìn)行降噪、加強(qiáng)信號等處理。以結(jié)構(gòu)邊緣作為該參考數(shù)據(jù)，獲得高程、樁號等關(guān)鍵信息并以此指導(dǎo)施工。

3 數(shù)字圖像檢測技術(shù)原理及優(yōu)點(diǎn)

3.1 數(shù)字圖像檢測原理

數(shù)字圖像測量利用的是圖像處理研究領(lǐng)域的最基本問題：邊緣檢測。因?yàn)?，邊緣是圖像眾多特征當(dāng)中最為基本的。而邊緣的本質(zhì)就是指圖像中，某些灰度發(fā)生了階躍式的突變又或者是呈屋頂狀變化了的像素的集合。

3.2 數(shù)字圖像檢測優(yōu)勢

數(shù)字圖像測量技術(shù)之所以得到各領(lǐng)域的廣泛關(guān)注和重視是其具有多個(gè)傳統(tǒng)測量監(jiān)控技術(shù)所不具備的優(yōu)點(diǎn)：（l）與被觀測的對象無接觸：對觀測與被觀測者都不會產(chǎn)生任何損傷，十分安全可靠，這是其他測量方式無法比擬的。（2）提高測量的精度：利用各種圖像目標(biāo)模式定位方法，特別是亞像素定位技術(shù)，可以明顯地提高圖像目標(biāo)的定位精度。（3）對成像系統(tǒng)的高精度標(biāo)定和修正：成像系定和誤差修正是精密測量的重要環(huán)節(jié)之一。用數(shù)字圖像處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對攝像系統(tǒng)高精度的標(biāo)定和誤差修正，為高精度光學(xué)測量提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（4）自動化程度高：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展使得該技術(shù)處理分析的自動化程度大大提高，這樣極大地減少了處理的工作量和時(shí)間，為在線測量贏得了時(shí)間。

非接觸、設(shè)備周邊環(huán)境要求低以及可同步多測點(diǎn)多參數(shù)的識別能力，使得工程試驗(yàn)突破了以往的束縛，大大提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，省去大量人工操作步驟和克服背景、光照等干擾條件。

4 數(shù)字圖像檢測技術(shù)與施工監(jiān)控的結(jié)合

運(yùn)用超高清晰度的圖像獲取設(shè)備對景觀大橋主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍攝，利用數(shù)字圖像檢測技術(shù)對圖像進(jìn)行檢測，通過其邊緣檢測原理，識別現(xiàn)澆梁段頂面邊緣線以及水準(zhǔn)點(diǎn)，以此求出施工過程中結(jié)構(gòu)的實(shí)際標(biāo)高。再將實(shí)際標(biāo)高與設(shè)計(jì)文件中的設(shè)計(jì)預(yù)拱度進(jìn)行動態(tài)比較，結(jié)合全站儀、經(jīng)緯儀人工測量計(jì)算等傳統(tǒng)檢測線型手段得到每一個(gè)施工階段的誤差量。根據(jù)誤差量實(shí)施了如下的常用的調(diào)整優(yōu)化：（1）實(shí)時(shí)動態(tài)糾偏：如調(diào)整下一節(jié)段現(xiàn)澆梁體施工預(yù)拱度，利用手上既有檢測數(shù)據(jù)推測下一節(jié)段可能產(chǎn)生的誤差量，及時(shí)重新計(jì)算該段預(yù)拱度。（2）抽樣檢查：如做好對所澆筑混凝土的容重測量，有需要可重復(fù)檢測，減小混凝土容重的波動引起的誤差。（3）關(guān)鍵部位復(fù)檢：如對孔道、錨具口和喇叭口等進(jìn)行預(yù)應(yīng)力摩阻系數(shù)的再測定。由于根據(jù)大橋施工階段的變化，各個(gè)節(jié)段所張拉的預(yù)應(yīng)力鋼束的長度或在管內(nèi)角度等都是有所差別的，因此可以通過現(xiàn)場測試排除這方面的影響。（4）加強(qiáng)工地巡視：如檢查節(jié)段端部所設(shè)的高程測點(diǎn)。每個(gè)節(jié)段都通過焊接數(shù)根垂直的粗鋼筋作為高程測點(diǎn)，因此可能由于人為因素或別的一些失誤，使得所布置的測點(diǎn)與該節(jié)段梁體產(chǎn)生了不同步的變形或者位移，導(dǎo)致即使該節(jié)段處于符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下卻被誤判成存在較大誤差。

最終景觀大橋?qū)嶋H合攏成橋后，主梁成橋后的線形和應(yīng)力都符合設(shè)計(jì)目標(biāo)。表明總體上施工人員是切實(shí)履行了施工監(jiān)測和控制，使得橋梁建筑從施工建設(shè)到竣工驗(yàn)收都保持在一個(gè)健康、安全、質(zhì)量較高的狀態(tài)。

5 結(jié)語

將數(shù)字圖像檢測技術(shù)結(jié)合到橋梁結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)控中去，在理論上和實(shí)際操作上都是切實(shí)可行的。在日后的開發(fā)優(yōu)化過程中，如能繼續(xù)改善和提高該方法中所用設(shè)備的采集精度，同時(shí)加強(qiáng)對外部干擾因素的有效排除或減弱影響，數(shù)字圖像檢測將有望為該監(jiān)控手段的準(zhǔn)確性和可靠度帶來相當(dāng)不錯(cuò)的提升，并可將其作為未來工程線形檢測的主要手段。

參考文獻(xiàn)

[1] 王德森.橋梁施工監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展概述[J].經(jīng)營管理者，2009，14：307.

[2] 段瑞玲，李慶祥，李玉和.圖像邊緣檢測方法研究綜述[J].光學(xué)技術(shù)，2005，31（3）：415-419.

[3] 袁向榮.多項(xiàng)式擬合屋脊型邊緣及在梁彎曲變形檢測中的應(yīng)用[J].廣州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，12（5）：40-44.

[4] 何能，廖海黎，馬存明，等.基于數(shù)字圖像相關(guān)法的風(fēng)洞試驗(yàn)測量技術(shù)[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2013，50（5）：107-113.