动态精密工程测量技术及应用

动态精密工程测量技术及应用

张晓磊

湖北天地云地信科技集团有限公司 湖北 武汉 430010

摘要：伴随工程科技、计算机、电子信息以及人工智能的发展，智能车、无人机、无人船、机器人等自动化移动平台的迅猛推广，工程测量逐步向自动化、动态化、智能化趋向发展，逐渐具有了运动状态下的测量能力。动态精密工程测量是指测量平台或者测量对象处在运动状态下的精密工程测量。动态精密工程测量已广泛应用于公路铁路、桥梁隧道、水利枢纽等精密工程测量中。本文就动态精密工程测量的智能化感知技术、智能化数据处理方法及其在公路、铁路、桥梁、隧道、大坝等工程中的应用进行讨论。

关键词：动态精密；工程测量；应用

1. 动态精密工程测量技术

1智能化信息感知

为精细而高效测量目标对象的位置、形状、纹理、材质等特征，动态精密工程测量需要根据适当的载体平台和配套系统，集成多种类型传感器，形成多传感器集成的动态测量系统，实现对目标的多源、多视角、多尺度智能感知。其中，测量装备专业化、感知自动化、数据标准化是当前智能化信息感知的研究热点和发展趋势。

2智能化数据处理

智能化感知获得的测量数据具有明显的多源特征，如激光点云、影像数据、惯性测量数据、里程计数据等；同时具有多尺度特征，即不同测量数据的精度不同，如可能既有亚毫米级精度，也有分米级精度；此外，还有动态大数据特征，即测量数据每秒可达几百兆甚至更多。传统测量数据处理理论和方法无法处理此类测量数据，需要更加智能化的处理手段。

3智能化监测应用

传统意义上测量工作的输出就是传感器输出的数据，但在基础设施运维检测中，测量的目的并不仅仅是为了获得数据，而是为了了解基础设施状态并对其是否异常进行评估，即需要从测量数据得到知识并利用知识辅助决策，这也是智能化应用的要求。公路、铁路、桥梁、隧道、大坝、城市管网等基础设施在运营过程中，由于外界环境、材料性能、施工工艺等原因会发生各自病害，影响其正常服务能力并威胁到运行安全，基础设施检测需要得到检测数据结果所对应的设施状态并按照行业规范和标准进行评定。

2. 动态精密工程测量技术具体应用

1.道路路面

公路路面检测依据《公路技术状况评定标准》，规定通过路面技术状况指数MQI对路面技术状况进行等级评定，评定结果分为优、良、中、次、差5个等级，MQI的分项指标包括路面技术状况（PQI）、路基技术状况（SCI）、桥隧构造物技术状况（BCI）和沿线设施技术状况（TCI）。传统静态测量效率低、影响正常交通、无法反映行车动力特征，需要对这些指标进行动态快速测量。当前，PQI所有指标都已经实现了快速检测，特别是在快速弯沉装备上集成传统路面检测技术，实现了在统一时空基准下的PQI指标一体化检测。BCI指标中的隧道衬砌裂损和水冻害指标也已经实现快速检测。SCI和TCI指标大都以调查方式进行评定。

2.堆石坝

堆石坝因其良好的安全性、经济性和适用性，成为我国水利水电开发的优选坝型。堆石坝的内部变形监测是安全监测的重要内容，目前常用的水管式沉降仪、钢丝位移计等点式传感器，需布设大量传感器，存在传感器死亡率高等问题。特别是对于近些年发展的高堆石坝，沉降仪水准管路和钢丝长度几乎达到性能极限，传感器的测量精度和测量量程受到严重挑战，亟须发展更加可靠的内部变形监测技术。

3.排水管网

排水管网是雨污水排放的重要通道，是维持城市安全运行的生命线。对地下管网进行周期性全面检测，是及时发现风险、保障排水管网系统安全运维的关键。目前常见的排水管道内部检测技术包括闭路电视（CCTV）检测机器人、管道内窥声呐、管道潜望镜、管道内窥镜等。这些方法单次作业范围小、操作复杂、劳动强度大，导致检测效率低、成本高。因此，亟须发展快速低成本的连续性排水管网动态检测技术，为排水管网普查提供有效的手段，提升管网智慧运维水平。

4.输水工程

水利水电输水隧道是保障水利工程、水电设施、人民用水安全的重要基础设施，长期荷载会产生老化甚至结构性病害。对输水隧道进行周期性全面检测，是水利水电工程安全运营的重要保障。当前国内对输水隧道的检测仍然以人工普查为主，费时费力且检测精度差，不能满足我国现有数量多、里程长输水隧道病害检测的要求。针对输水隧道内部环境恶劣、检测手段不足的困难，研制了一套输水隧道爬绳检测机器人装备，实现对病害发展过程的数字化监控和科学分析。装备集成高精度激光扫描仪、惯导系统、里程计、高清全景摄像机等多种传感器，借助爬绳设备在输水隧道行进，动态获取相关传感器数据。利用激光扫描技术、移动测量技术、图像处理技术，生成输水隧道三维点云和高清图像。融合灰度、深度信息能够快速准确地定位和识别输水隧道病害，包括隧道裂缝、掉块、泌钙、渗漏水、接缝破损等典型病害，生成隧道病害检测报告。

5.公路隧道

隧道运营过程中出现的不同类型病害会影响隧道健康运营。隧道脱空等结构性病害一般采用探地雷达检测，并已在行业得到广泛应用。裂损、水冻害等表观病害，国内外主要以人工目视及敲击检测为主，检测时需要进行交通管制，一个班组2～3d检测1km，效率低，安全风险高。以中型卡车为检测平台，集成多类型传感器，包括阵列灰度相机、红外相机、激光雷达及定位传感器的快速检测装备已经得到应用。

三、结语

综上所述，伴随我国经济的蓬勃发展，我国基础设施建设日新月异，动态精密工程测量为基础设施安全运维供给重要保障。随着人类改造自然能力和需求的不断增加，基础设施工程建设规模不断扩大，工程构造越加繁杂，建设条件复杂多变，运营过程安全风险也在加大。工程测量作为工程项目规划、建设以及运营全过程重要的基础技术，对测量的效率、精度、质量与可靠性的需求也越发提高。为了迎接不断产生的新挑战，动态精密工程测量技术需要向智能化测绘发展，实现信息感知智能化、数据处理智能化、测量服务智能化，只有这样才能持续满足日益增长的基础设施监测要求。

参考文献：

[1]刘艳杰.现代测绘技术在工程测量中的应用及改进建议[J].商品与质量,2017(7):128.

[2]李久林,徐浩,唐超.国家速滑馆动态高精度施工测量关键技术及应用[J].测绘通报,2021(8):123-128,165.