土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與展望

1、土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與展望土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展與展望摘要：結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)對于土木工程學(xué)科具有重要意義。一方面，重大工程的監(jiān)測對于保障工程項目安全及風(fēng)險控制非常有效。另一方面，土木結(jié)構(gòu)試驗的發(fā)展也進一步需要監(jiān)測技術(shù)的不斷進步，以滿足更加豐富嚴(yán)格的研究需要。本文通過查閱資料、整理課堂筆記，對結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)進行了分類整理和概括性介紹，同時重點關(guān)注了一下近幾年興起的監(jiān)測新技術(shù)。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)檢測 土木工程 The Development and Prospect of Structure Monitoring Technology in Civil EngineeringAbstract: St

2、ructure monitoring is important in civil engineering. On the one hand, monitoring of important projects is very effective in ensuring the security and controlling the risk of the project. On the other hand, the development of the structure experiment demands the monitoring technology to develop furt

3、her, to meet the needs of more serious scientific search. The article classifies the structure monitoring technology and introduces it generally by looking up information and finishing the classroom notes.Key words: structure monitoring civil engineering 1.引言結(jié)構(gòu)監(jiān)測對于土木工程學(xué)科具有重要意義。一方面，重大工程的監(jiān)測對于保障工程項目安全及

4、風(fēng)險控制非常有效，大量的工程事故表明在事故發(fā)生前，人們都是能夠從監(jiān)測數(shù)據(jù)上發(fā)現(xiàn)預(yù)兆的。另一方面，土木結(jié)構(gòu)試驗的發(fā)展也進一步需要監(jiān)測技術(shù)的不斷進步，以滿足更加豐富嚴(yán)格的研究需要。近年來，結(jié)構(gòu)全壽命概念的興起又對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測提出了新的任務(wù)與要求。因此，土木工程的結(jié)構(gòu)監(jiān)測已經(jīng)成為土木工程學(xué)科研究和發(fā)展的一個重要領(lǐng)域。本文通過查閱資料、整理課堂筆記，對結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)進行了分類整理和概括性介紹，同時重點關(guān)注了一下近幾年興起的監(jiān)測新技術(shù)。2.結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)的分類從監(jiān)測的環(huán)節(jié)上看，一般的監(jiān)測系統(tǒng)可分為傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)健康與評估系統(tǒng)。一套完善的系統(tǒng)應(yīng)該分別滿足各個環(huán)節(jié)的要求，即

5、通過使用最為經(jīng)濟的傳感器設(shè)備和最有效的算法得到對結(jié)構(gòu)的最好的評估數(shù)據(jù)。隨著我國工程建設(shè)的不斷進步，對于這些監(jiān)測各個方面的要求也將更加嚴(yán)格，以提升監(jiān)測工作的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。從監(jiān)測設(shè)備是否需要與被測物體相連的角度來看，結(jié)構(gòu)監(jiān)測設(shè)備又可分為接觸設(shè)備（contact sensor）和非接觸設(shè)備（non-contact sensor）。接觸設(shè)備是屬于較為傳統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)。常用的監(jiān)測傳感器多屬于這一分類。如常用的力傳感器、加速度傳感器、位移加速器等。 位移傳感器 加速度傳感器力傳感器非接觸監(jiān)控設(shè)備是近年來結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)的熱點。首先，傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)如鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷監(jiān)測、反射波低應(yīng)變法測量樁基強度等也屬

6、于非接觸設(shè)備這一類別。此外，現(xiàn)如今越來越多的特殊的結(jié)構(gòu)監(jiān)測狀態(tài)有著無線傳輸數(shù)據(jù)的要求，這其中尤其以大型結(jié)構(gòu)試驗最為突出，比如高頻爆破時的結(jié)構(gòu)狀態(tài)測量出于安全考慮要求試驗人員盡量遠離試驗場地、對超高層結(jié)構(gòu)的位移加速度監(jiān)測如果采用傳統(tǒng)的接觸設(shè)備，整個過程將變得極為繁瑣（因為沒有那么長的電線，所以只能按樓層分段進行測量）。而“隨著無線網(wǎng)絡(luò)通訊的發(fā)展，特別是無線傳輸技術(shù)的發(fā)展，無線健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運而生。無線智能傳感器不但能免除繁瑣的安裝工程，特別是可移動式無線傳感器的發(fā)明，免除了封道檢測，節(jié)約成本，節(jié)省時間，而且傳感器內(nèi)部可嵌入信號處理和分析方法，實現(xiàn)智能監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)?！?上述試驗的復(fù)雜性也對結(jié)構(gòu)監(jiān)測

7、技術(shù)提出了新的要求，根據(jù)這個要求，一些新的技術(shù)熱點如三維激光掃描儀、數(shù)字?jǐn)z影測量也逐漸興起，本文將在后半部分稍作介紹。 鋼結(jié)構(gòu)超聲波探傷 樁基低應(yīng)變法從監(jiān)測對象的角度劃分，結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)又可分為砌體結(jié)構(gòu)監(jiān)測、混凝土結(jié)構(gòu)監(jiān)測、鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)測、結(jié)構(gòu)試驗對象監(jiān)測等。每一類的結(jié)構(gòu)有著各自不同的監(jiān)測特點和管理方法，監(jiān)測不同于檢測，它是長時間地對結(jié)構(gòu)的某一參數(shù)狀態(tài)定量地進行控制觀察，因此對于重要工程監(jiān)測設(shè)備的耐久性也有更為嚴(yán)格的要求。近年來，隨著結(jié)構(gòu)全壽命的概念的興起，對于監(jiān)測的壽命要求甚至到了貫穿結(jié)構(gòu)從開始到報廢始終，在混凝土結(jié)構(gòu)監(jiān)測中，基于光纖傳導(dǎo)的監(jiān)測技術(shù)將在未來愈發(fā)重要。3.結(jié)構(gòu)監(jiān)測新技術(shù)三維激光掃描儀

8、（LiDAR Scanner）又被稱為實景復(fù)制技術(shù)，是測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。它突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，具有高效率、高精度的獨特優(yōu)勢.三維激光掃描技術(shù)能夠提供掃描物體表面的三維點云數(shù)據(jù)，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型。三維激光掃描儀這項起源于測繪工程的新技術(shù)現(xiàn)已逐漸用于土木工程領(lǐng)域。由于三維激光掃描儀可以通過非接觸的方式獲取結(jié)構(gòu)的位置信息（甚至包括各點應(yīng)變、加速度），因此在一些難以用傳統(tǒng)設(shè)備測量的特殊情況中使用它將極為有效和便捷，且數(shù)據(jù)也會比過去的取樣估算更加準(zhǔn)確和直觀。文獻22“通過使用三維激光掃描儀對天幕鋼結(jié)構(gòu)的立柱、橫梁與行架進行掃描測量，建立點云模型，獲

9、取鋼柱中心坐標(biāo)，并與全站儀測量的結(jié)果進行比較，以確定三維激光掃描在工程上能夠達到的測量精度，為三維激光掃描儀在鋼結(jié)構(gòu)工程竣工驗收上的運用做準(zhǔn)備?！鳖愃频膽?yīng)用因為有極大的優(yōu)越性，將在未來越來越多。三維激光掃描技術(shù)突破了單點測量的方式，可以高精度、高密度、高效率對建筑表面進行測量，以“點云”形式真實呈現(xiàn)了建筑整體結(jié)構(gòu)和形態(tài)。利用三維激光掃描技術(shù)，可以實現(xiàn)對建筑物的整體監(jiān)測，避免了單點監(jiān)測的局部性和片面性。然而，由于三維激光掃描儀的儀器費用較高，且判別的算法尚未完全成熟，因而還需要一定時間的發(fā)展與推廣。數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)（Digital Photography）的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，這是一種以非接觸的形式獲

10、取空間信息的方法，在較遠的距離上捕捉足夠多的動態(tài)圖像信息，經(jīng)過編寫的數(shù)字圖像處理算法處理可以得到被測結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù).。和傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)相比，數(shù)字?jǐn)z影具有非接觸、功能強大、即拍即得的優(yōu)點。而和新興的監(jiān)測新技術(shù)相比，數(shù)字?jǐn)z影在成本和時間上的節(jié)省尤其突出。數(shù)組攝影技術(shù)涉及到圖像識別處理，特殊的監(jiān)測情況甚至需要重新編寫可靠且穩(wěn)定的算法，這對專業(yè)人員的素質(zhì)的要求也更加的嚴(yán)格。新一代數(shù)字?jǐn)z影機文獻33“開發(fā)了一種基于數(shù)字圖象處理技術(shù)進行工程結(jié)構(gòu)動態(tài)位移監(jiān)測的方法。在固定點安置CCD攝像機，通過圖像采集卡對處于動態(tài)的被監(jiān)測結(jié)構(gòu)物上的標(biāo)志點進行視頻圖像采集，然后用數(shù)字視頻編輯軟件將動態(tài)數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換為逐幀存儲的連續(xù)靜態(tài)的數(shù)字圖像序列，再用編寫的程序自動對圖像序列逐幀連續(xù)處理，就獲得動態(tài)目標(biāo)點的坐標(biāo)，并擬合出運動曲線，實現(xiàn)動態(tài)位移監(jiān)測.經(jīng)實際工程監(jiān)測,證明該方法是簡便有效的監(jiān)測手段?！睌?shù)字?jǐn)z影獲取的信息量大，不僅能顯示客觀、真實的影像，而且在同一瞬間可以攝取多個目標(biāo)點，利用相關(guān)算法進行識別，這是其他方法所不能得到的。用于橋梁監(jiān)測領(lǐng)域，使用一架小型飛機在一天之內(nèi)就可以對幾十座大橋進行攝影監(jiān)測，與傳統(tǒng)的方法相比，極大地節(jié)省了人力和物力