基于無人機(jī)攝影測(cè)量的房屋裂縫智能檢測(cè)技術(shù)分析

彭仕永

（貴州省建材產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)院，貴州 貴陽 550014）

0 引言

房屋裂縫對(duì)構(gòu)件保護(hù)層保護(hù)鋼筋的效用產(chǎn)生了影響，加快了鋼筋腐蝕的速度，使構(gòu)件的耐久性和剛度迅速下降。以往檢測(cè)房屋裂縫的方式主要是結(jié)合儀器量測(cè)和人工目測(cè)，采用裂縫卡和讀數(shù)顯微鏡等進(jìn)行測(cè)量，有的時(shí)候利用望遠(yuǎn)鏡、車載檢測(cè)設(shè)備等遠(yuǎn)程觀測(cè)程裂。當(dāng)前存有的檢測(cè)方式雖然使用原理比較簡(jiǎn)單，但是在實(shí)際運(yùn)營(yíng)期間存在很多不足，具體如下：①工作量大使用效率不高。②檢測(cè)結(jié)果過于依賴工作人員的經(jīng)驗(yàn)，容易出現(xiàn)主觀失誤。③檢測(cè)高層建筑外立面和大跨橋梁底面的時(shí)候，往往需要工作人員開展登高作業(yè)，具有相應(yīng)的安全隱患。近幾年，無人機(jī)因?yàn)榫邆涫褂贸杀镜?、環(huán)境適用性強(qiáng)、操作靈活等特點(diǎn)，經(jīng)常被用于輔助進(jìn)行各種高危工作。

1 房屋裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 地基的影響

倘若房屋的地基均勻性不強(qiáng)，或者是地基為松軟土質(zhì)，就會(huì)致使房屋出現(xiàn)沉降的情況，倘若地基沉降，在沉降期間就會(huì)導(dǎo)致房屋出現(xiàn)變形的情況，改變地基的高度，增加了墻體的受力，進(jìn)而出現(xiàn)房屋裂縫[1]。

1.2 荷載產(chǎn)生的裂縫

在建筑物受到很強(qiáng)的外力作用時(shí)，一旦無法承受就可能導(dǎo)致房屋出現(xiàn)裂縫。又或者在施工期間導(dǎo)致的裂縫，在構(gòu)件運(yùn)行途中出現(xiàn)很大震動(dòng)時(shí)，或者是承受了很大的外力，就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。

1.3 溫差

溫差是導(dǎo)致房屋早期出現(xiàn)裂縫的主要因素之一。溫差裂縫的嚴(yán)重程度和環(huán)境溫度差有密切聯(lián)系，溫差很大就會(huì)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的裂縫，溫差較小裂縫也就相對(duì)較輕，房屋具有很好的保溫隔熱性能裂縫就輕，反之裂縫就會(huì)很重。這種類型的裂縫經(jīng)常出現(xiàn)在房屋，尤其是縱向很長(zhǎng)的建筑物門窗洞兩邊、砌體墻根部、混凝土平屋蓋頂層兩端內(nèi)外縱墻上。溫度裂縫通常發(fā)生于混凝土上，沒有相應(yīng)的規(guī)律，大部分都產(chǎn)生在澆筑混凝土的早期。因?yàn)榇u砌體和混凝土的線膨脹系數(shù)存在一定差異，在溫度差的作下，砌體與混凝土間的變形差致使構(gòu)件中出現(xiàn)溫度應(yīng)力，混凝土頂蓋出現(xiàn)較大的變形，而墻體變形較小，致使混凝土屋蓋與磚砌體間出現(xiàn)了約束應(yīng)力。在環(huán)境溫度變高的時(shí)候，導(dǎo)致無蓋受到壓力，而墻體受剪、受拉。在約束作用下構(gòu)件溫度應(yīng)力特別大的時(shí)候，高于砌體的抗剪和抗拉強(qiáng)度的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)裂縫，這就是產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因。

1.4 干燥收縮開裂

毛細(xì)管壓力會(huì)直接導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)干燥收縮開裂等現(xiàn)象?；炷林写嬖诘拿?xì)管孔隙會(huì)在其干燥期間逐漸失去水分，毛細(xì)管也慢慢變形，出現(xiàn)較大的張力，混凝土體積出現(xiàn)收縮的情況。倘若混凝土中的用水量變多，增加水灰比，就會(huì)增多毛細(xì)管的孔隙，加大混凝土體積的收縮，從而出現(xiàn)干燥收縮開裂。另外在混凝土出現(xiàn)收縮變形情況的過程中，因?yàn)楦浇霈F(xiàn)了約束力，里面出現(xiàn)應(yīng)力，并且高于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)收縮裂縫。

1.5 塑性收縮

根據(jù)相關(guān)的施工建設(shè)研究顯示，如果遇到特殊天氣，比如高溫、干燥和大風(fēng)等天氣的影響，混凝土表面可能會(huì)產(chǎn)生特殊的裂縫，這種形式的裂縫兩端比較細(xì)，中段寬度比較大，而且長(zhǎng)度不一樣。這樣的裂縫就屬于塑性收縮裂縫。引發(fā)這種裂縫的主要因素是混凝土在終凝前的強(qiáng)度不高，在遇到高溫、干燥以及大風(fēng)等天氣時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致其表面水分嚴(yán)重缺失，從而出現(xiàn)很大的干縮，在內(nèi)部負(fù)壓影響下出現(xiàn)的收縮力高出抗拉極限，就會(huì)出現(xiàn)塑性收縮裂縫。

1.6 施工工藝的影響

首先，在實(shí)際開展施工活動(dòng)的時(shí)候，使用的施工技術(shù)不合理也會(huì)致使出現(xiàn)房屋裂縫。倘若在對(duì)混凝土進(jìn)行攪拌、灌注、振搗等各種工序時(shí)操作不當(dāng)，就會(huì)對(duì)混凝土的均勻性和密實(shí)度產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致產(chǎn)生缺陷而引發(fā)裂縫。其次，如果混凝土澆筑模板存在問題也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫，模板出現(xiàn)漏洞或者是不完整、表面有坑洼，就會(huì)引發(fā)漏漿、漏水等狀況。其次，如果裸露在外的鋼筋出現(xiàn)了損害、移位以及彎曲等情況，也會(huì)使房屋出現(xiàn)裂縫。最后，后期對(duì)房屋的養(yǎng)護(hù)不合理，就會(huì)導(dǎo)致水泥發(fā)生結(jié)石的情況，或者混凝土干縮，以此引發(fā)房屋裂縫。房屋遭到長(zhǎng)時(shí)間的暴曬、暴雨，而后期又沒有做好科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)工作，就會(huì)導(dǎo)致房屋出現(xiàn)裂縫。

2 無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)概述

2.1 和以往攝影測(cè)量的不同

無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)屬于一種先進(jìn)的技術(shù)方式，并在實(shí)際運(yùn)用中獲得了十分理想的效果，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。此?xiàng)技術(shù)有關(guān)的攝影測(cè)量，主要是利用獲得被測(cè)建筑物所有攝站點(diǎn)全方位影像的方式，來建立三維實(shí)景模型，以此深入分析測(cè)量期間攝影區(qū)域的性質(zhì)、場(chǎng)景模擬以及橫斷面等特點(diǎn)，并將其充分展現(xiàn)出來；如果在測(cè)量期間使用以往的攝影測(cè)量技術(shù)，就應(yīng)充分考慮測(cè)量區(qū)域所有攝站點(diǎn)的中心投影影像，從而通過處理之后獲得正射影像并進(jìn)行使用，掌握被攝影建筑物的具體特點(diǎn)，比如地理位置、性質(zhì)、形狀等。所以，對(duì)比以往的攝影測(cè)量技術(shù)，無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)還是有很大不同的，傳統(tǒng)技術(shù)能夠形成可正射影像，而無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)在獲得正射影像的基礎(chǔ)上還可以建立三維實(shí)景模型[2]。

2.2 無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的缺點(diǎn)

在應(yīng)用有人機(jī)和無人機(jī)攝影測(cè)量的時(shí)候，必須要對(duì)它們之間的優(yōu)缺點(diǎn)具有相應(yīng)的掌握。當(dāng)中，在實(shí)際使用無人機(jī)攝影測(cè)量時(shí)，其呈現(xiàn)出了活動(dòng)影響小、時(shí)效性明顯、靈活性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，其缺點(diǎn)是飛行時(shí)測(cè)量區(qū)域小、留空時(shí)間短；有人機(jī)攝影測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是攝影姿態(tài)穩(wěn)定、范圍廣，缺點(diǎn)是申請(qǐng)飛行流程煩瑣、成本高、飛行期間拍攝時(shí)間受限等。所以，必須要結(jié)合具體狀況，重視配合使用這兩種攝影測(cè)量技術(shù)。

2.3 無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

2.3.1 可以反映地物實(shí)際情況并進(jìn)行測(cè)量

使用無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可以獲得被測(cè)量建筑物的高度、方位等三維信息，這樣就可以將被測(cè)量建筑物呈現(xiàn)出特別真實(shí)的效果，對(duì)比以往的人工模型可以發(fā)現(xiàn)，此項(xiàng)技術(shù)具備較強(qiáng)的仿真性能，并且還可以提升作業(yè)效率。

2.3.2 高性價(jià)比

此項(xiàng)技術(shù)可以全方位測(cè)量空間位置，同時(shí)獲得有關(guān)的三維影像信息，另外還可以輸送各種信息數(shù)據(jù)。在可以滿足以往使用航空攝影測(cè)量要求的基礎(chǔ)上，還能夠采集很多的信息數(shù)據(jù)。同時(shí)在建立三維模型的時(shí)候，還能夠通過無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)節(jié)約成本。

2.3.3 工作效率高

無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)可以通過最快的速度建立三維模型，進(jìn)而大幅度減少人工建立模型的時(shí)間，這樣就能夠提高工作效率。

3 無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)介紹

3.1 無人機(jī)攝影建立三維模型步驟

外部和內(nèi)部是通過攝影測(cè)量技術(shù)建立三維模型的重要組成內(nèi)容。而具體工作主要有控制現(xiàn)場(chǎng)圖像、收集無人機(jī)圖象信息；在內(nèi)部建立三維模型的時(shí)候，主要包含下面3點(diǎn)內(nèi)容[3]：①科學(xué)合理的分布被測(cè)建筑物控制點(diǎn)，通過立體測(cè)繪技術(shù)對(duì)其平面坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。②稠密匹配。針對(duì)所有圖像的具體特點(diǎn)做好匹配工作，在運(yùn)算圖像過程中轉(zhuǎn)變模型。③拼接圖像。通過計(jì)算出來的空間變換模型對(duì)圖像拼接進(jìn)行技術(shù)處理，從而獲取相同特點(diǎn)實(shí)施精準(zhǔn)重疊。對(duì)分辨率和圖像尺度中影響三維模型的部分進(jìn)行清除。

3.2 采集外業(yè)數(shù)據(jù)

首先，控制無人機(jī)的飛行高度。對(duì)被檢測(cè)房屋的所在地進(jìn)行實(shí)地調(diào)查。比如在城市農(nóng)村中房屋結(jié)構(gòu)較為繁雜，無人機(jī)應(yīng)將高度控制在100m左右。而飛行高度決定了數(shù)字航空攝影的地面分辨率，具體公式是H=f×GSD/a。其中h表示飛行高度，f表示鏡頭焦距，GSD是地面分辨率，a是像素。通過這個(gè)公式可也以獲取與地面分辨率相對(duì)的飛行高度。鏡頭焦距和像素是相機(jī)的特定屬性，所以飛行高度越低，就表示地面采樣點(diǎn)之間的距離就越近，這樣就能夠提升地面分辨率。因此，在測(cè)量城市農(nóng)村中房屋結(jié)構(gòu)的時(shí)候，應(yīng)將無人機(jī)飛行高度控制在100m左右。其次，分布控制點(diǎn)。將光控點(diǎn)技術(shù)最好運(yùn)用至測(cè)量區(qū)域當(dāng)中，圖像中的控制點(diǎn)會(huì)平均分布至航向和側(cè)面重疊照片中，另外會(huì)分布控制點(diǎn)到區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的周邊。最后，設(shè)置航測(cè)參數(shù)。利用飛行場(chǎng)對(duì)具體的飛行參數(shù)進(jìn)行確定，同時(shí)采集航測(cè)數(shù)據(jù)。由于PHANTOM4只是利用單個(gè)鏡頭采集信息數(shù)據(jù)，而攝影測(cè)量需要從所有角度采集圖像，因此需要有目的性的設(shè)置航測(cè)參數(shù)。如果要想呈現(xiàn)出多透鏡效應(yīng)，那就應(yīng)在同樣的測(cè)量范圍內(nèi)進(jìn)行單向S線飛行。應(yīng)控制無人機(jī)航向傾角為45°，并且應(yīng)保證側(cè)向重疊和航向重疊。

3.3 處理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)

3.3.1 圖像預(yù)處理

在斜向攝影完成之后，應(yīng)對(duì)所有采集到的區(qū)域圖像進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，保證圖像沒有出現(xiàn)變形的情況，同時(shí)把那些與實(shí)際需求不符的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行清除。

3.3.2 室內(nèi)圖像控制點(diǎn)

一般情況下，0.1mm是圖像控制點(diǎn)的最佳精確度，在各種圖像控制點(diǎn)當(dāng)中，盡可能選取高程變化不明顯的目標(biāo)，而在相連的圖像中，應(yīng)確保圖像控制點(diǎn)的絕對(duì)清晰。

3.3.3 空間加密

通過光速法來調(diào)試整體區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，提供足夠的人工控制點(diǎn)，把照片形成的光速作為調(diào)整單元。促使公用光產(chǎn)生比較理想的交會(huì)，同時(shí)利用控制點(diǎn)中的坐標(biāo)對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行填充，這樣就可以獲得加密點(diǎn)的結(jié)果[4]。具體來講，就是利用已知的特點(diǎn)對(duì)未知特點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算，同時(shí)自動(dòng)獲取所有特征點(diǎn)，這樣就可以在所有的目標(biāo)范圍內(nèi)形成特征云點(diǎn)。

3.3.4 密集匹配圖像

使用相應(yīng)的軟件對(duì)所有圖像中的同名點(diǎn)進(jìn)行匹配，之后在圖像中獲得特征點(diǎn)，以此就能夠?qū)⒔ㄖ镏械募?xì)節(jié)精準(zhǔn)的呈現(xiàn)出來。

4 房屋裂縫防治措施

在實(shí)際進(jìn)行房屋建筑的過程中，不但要重視增強(qiáng)對(duì)建筑材料的監(jiān)督管理，還要重視科學(xué)合理的利用施工技術(shù)來處理房屋裂縫的問題。如果是地下室出現(xiàn)了豎向垂直收縮裂縫，就應(yīng)在地下室長(zhǎng)度大于50m的時(shí)候，在混凝土中加入微膨脹劑，促使補(bǔ)償混凝土的大幅度收縮，同時(shí)利用切實(shí)可行的措施進(jìn)行有效預(yù)防治理；而當(dāng)?shù)叵率议L(zhǎng)度小于等于50m的時(shí)候，應(yīng)使用鋼筋強(qiáng)度換算的方式使外墻水平筋直徑減小，縮小它們之間的距離，從而切實(shí)提高其抗裂能力，同時(shí)延長(zhǎng)混凝土外墻模板的拆除時(shí)間，利用定時(shí)澆水的方式對(duì)混凝土外墻進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，促使混凝土初期的嚴(yán)重脫水收縮現(xiàn)象得到有效解決。并且，還應(yīng)對(duì)混凝土的強(qiáng)度、鋼筋間距與保護(hù)層厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免設(shè)計(jì)混凝土的澆筑施工縫，同時(shí)增強(qiáng)養(yǎng)護(hù)工作，這樣能夠切實(shí)有效的控制房屋出現(xiàn)裂縫的概率[5]。對(duì)于外墻，必須要在進(jìn)行振搗的過程中，利用插入式振搗設(shè)備，同時(shí)應(yīng)確?？觳迓?，應(yīng)確保插點(diǎn)的整齊性和均勻性，根據(jù)相關(guān)順序點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)，不可以產(chǎn)生遺漏，從而確保振實(shí)的效果；另外，在完成混凝土澆筑之后，應(yīng)第一時(shí)間合理養(yǎng)護(hù)墻體，倘若高層建筑墻體有抗?jié)B要求，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不可以少于14d，并且確保對(duì)混凝土進(jìn)行澆水處理，從而確保混凝土始終保持濕潤(rùn)狀態(tài)，避免混凝土在初期凝結(jié)時(shí)候，由于缺水而產(chǎn)生干縮性裂縫。

5 結(jié)語

當(dāng)前，雖然我們國(guó)家的施工水平與以往比較有了很大的提升，但是在實(shí)際開展施工活動(dòng)的過程中一直普遍存在房屋裂縫的情況。使用無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)房屋縫隙進(jìn)行測(cè)量，相比以往的檢測(cè)方式，其具備諸多優(yōu)點(diǎn)，不但能夠獲取與檢測(cè)要求相符的圖像，還能夠控制因?yàn)榉课輽z測(cè)活動(dòng)導(dǎo)致對(duì)居民生活的影響。然而，此項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用期間會(huì)受到不良天氣、遙控信號(hào)的干擾，只有進(jìn)一步解決各種問題，才可以更好的提高房屋裂縫檢測(cè)的質(zhì)量與水平。科學(xué)合理的檢測(cè)房屋裂縫，并且深入分析其根本因素，通過切實(shí)可行的措施進(jìn)行修補(bǔ)以及處理，只有這樣才可以確保居民的安全問題。所以，相關(guān)人員必須要合理有效的利用無人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)準(zhǔn)確的檢測(cè)和判定房屋裂縫，從而更好地防止出現(xiàn)安全事故。