【52监测网】第134期 桥隧动态精密工程测量技术及应用
 52监测网专家报告分享-第134期 《桥隧动态精密工程测量技术及应用》 涂伟 深圳大学土木与交通工程学院 目录 一、研究背景 二、动态精密测量 三、桥隧动态精密测量 四、总结与展望 内容介绍 一、研究背景 桥梁隧道等交通基础设施形变测量是安全运维重要保障，基础设施结构形变“全面、快速、精确”测量是国家重大需求。
• 桥梁隧道建设、运维期间安全事故多发，造成重大人员和财产损失；
• 传统静态、离散、人工测量方法存在效率低、成本高、安全风险大等问题； 研究背景：动态高精度测量的科学与技术难题 • 理论不足：动态条件下，高精度时空基准的建立与维持； • 技术落后：高频、高精度数据获取→多源、多视角数据融合→状态指标自动提取； • 装备缺乏：自主知识产权的高端测量装备。
高效动态精密工程测量
二、动态精密测量 关键技术1：高精度定位定姿方法 • 发明以低成本器件建立高精度时间基准方法，实现高频海量采样的时间精确传递； • 发明高精度组合定位方法，实现移动平台厘米级绝对定位和毫米级相对定位；
高精度定位定姿系统广泛应用于运动中车辆、无人机、无人船、管道机器人等。 场景自适应多源融合定位定姿方法 • 发明精密里程与视觉辅助惯导的受限空间位姿修正方法，功课受限空间定位难题； • 发展基于因子图的多源融合定位定姿技术，建立场景自适应的动态测量位姿基础；
动态定位精度提高到毫米级，满足复杂场景高精度测量基准要求。 关键技术2：发明研制核心测量传感器解决“测快、测全” • 大量程全数字化激光雷达； • 高频断面扫描三维测量传感器； 突破“全局测全”和“局部测精”的高效、高精度三维测量传感器技术。 关键技术3：“一测多用、关联判别”解决“测快、判准” • 一致性自动整合模型→模型匹配、结构匹配→多指标关联分析，识别一度量精准刻画； 突破多源数据融合、模型驱动多指标提取与状态判别的难题。 三、桥隧动态精密测量 应用1：InSAR桥隧沉降观测 InSAR沉降监测原理
时间序列D-InSAR技术的独特优势：全天时（昼夜成像）；全天候（穿透云雨）；人力物力成本低，无需现场架设设备；短重访周期（4天）；大覆盖范围（250km幅宽）；高测量精度（毫米级，相位信息=>干涉量）。突显了对城市基础设施进行精细形变测量研究的优势。 广泛应用于昂船洲大桥、武汉鹦鹉洲大桥、香港青马大桥、杭州湾跨海大桥、东海大桥… 应用2：桥梁动态挠度测量
测量原理：目标靶采用850nm红外LED灯，通常固定在待测点上；传感器通过稳定机械装置固定在基准点上（例如盖梁等位置）。目标靶通过摄像机的长焦光学系统成像在图像传感器上，通过基于嵌入式处理平台的图像处理识别和高精度定位技术，确定像点的精确位置，最后由物像关系确定目标靶的空间位置。 高算力硬件平台 + 计算机视觉法 + 光学系统→远程位移传感器
利用无人机检测桥梁结构外观 桥梁结构复杂，摄像质量要求高，通常需要贴近飞行，无人机避障能力是外业数据采集的关键。
GNSS/UWB/IMU融合桥下半封闭空间无缝定位 • 桥下UWB定位 沿桥两侧按一定的间隔布置UWB基站，伸到桥箱梁以下，提供亚分米级的定位精度； • 桥梁半封闭空间无缝定位 桥侧采用GNSS/UWB/IMU组合定位，桥下采用UWB/IMU组合定位； 依靠IMU进行桥侧，桥下定位无缝对接；
智能加速度传感器 用途：基频、模态、索力、振动、倾角；
BHMS变形监测系统软件
传感器类型：动挠度传感器、加速度传感器、抓拍系统、其他； 应用3：公路隧道快速检测 • 隧道测量断面大、检测要求高； • 大断面衬砌影像系统； • 基于深度学习的隧道裂缝智能检测；
国内首台公路隧道快速检测装备 • 发明研制隧道监测装备，检测速度80公里/小时，裂缝分辨率0.2毫米； • 实现隧道快速普查检测，在全国11个省市的4800余座大型隧道检测应用；
检测不影响正常交通，彻底改变我国公路隧道纯人工检测的现状 地铁隧道快速检测 • 基于激光点云的管道变形提取； • 基于激光点云的地铁轨道病害检测 地铁隧道快速检测装备 • 发明研制地铁隧道移动式三维激光扫描测量装备，应用于武汉、北京等十余城市； • 地铁隧道收敛、错台等变形测量精度2毫米，渗水、脱落、裂缝等病害自动检测识别率达95%。
解决地铁隧道多指标一体化快速检测难题 国内外重点工程应用
四、总结与展望 • 发展以动态、高效、连续为特色的精密工程测量技术，攻克了复杂环境下定位定姿、传感器和测量大数据分析等难题。 • 发展了基于InSAR的沉降观测、桥梁动态挠度视觉精密测量等系列方法，实现了桥梁状态的多时间尺度智能监测。 • 针对隧道，发展了基于激光点云的隧道三维变形检测算法，发展了地铁轨道病害智能识别方法，研制了地铁隧道智能小车，实现了隧道病害智能检测。 • 融合高精度定位定姿、激光、视觉的动态精密工程测量技术能够为桥梁和隧道的智能管养提供有力支撑！
《桥隧动态精密工程测量技术及应用》 涂伟 深圳大学土木与交通工程学院 注：本文仅供个人研学交流，版权归原作者所有 |
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