石雪飛，傅青松，馬海英

(同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092)

0 引言

橋梁工業(yè)化建造是我國(guó)橋梁行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，利用標(biāo)準(zhǔn)化工廠(chǎng)流水線(xiàn)預(yù)制生產(chǎn)，采用機(jī)械設(shè)備安裝施工，既可保證質(zhì)量又能提高效率，并盡可能地減少現(xiàn)場(chǎng)施工人員，從而減少施工安全隱患[1-3]。短線(xiàn)匹配節(jié)段梁預(yù)制拼裝是橋梁工業(yè)化建造的主要形式[4-6]，具有預(yù)制占用場(chǎng)地小、施工速度快和施工精度高等特點(diǎn)。

采用幾何控制法對(duì)短線(xiàn)匹配節(jié)段梁預(yù)制拼裝橋梁線(xiàn)形進(jìn)行控制，即在橋梁預(yù)制過(guò)程中通過(guò)精確控制節(jié)段梁的無(wú)應(yīng)力線(xiàn)形，達(dá)到精確控制成橋線(xiàn)形的目的。

在批量化生產(chǎn)的節(jié)段梁預(yù)制測(cè)控中，采用全站儀進(jìn)行六點(diǎn)控制法(利用箱梁節(jié)段梁中心線(xiàn)2個(gè)測(cè)點(diǎn)控制節(jié)段梁平面位置，利用對(duì)應(yīng)箱梁兩側(cè)腹板頂板上方各2個(gè)測(cè)點(diǎn)控制節(jié)段梁高程位置)測(cè)量造成勞動(dòng)力和時(shí)間密集，耗費(fèi)大量人力和財(cái)力。同時(shí)，大量人員參與增加人為因素失誤的風(fēng)險(xiǎn)，且不利于施工效率的提高，亟待研究不依賴(lài)于人工的更高效測(cè)量技術(shù)。

攝影測(cè)量技術(shù)通過(guò)相機(jī)采集目標(biāo)對(duì)象的二維圖像，通過(guò)三維重建算法，還原目標(biāo)對(duì)象在三維空間里的外形、位置及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[7]，具有采集速度快、精度高、非接觸等優(yōu)勢(shì)。其中，近景攝影測(cè)量技術(shù)適用于尺寸為0.5～200m的對(duì)象，測(cè)量精度為0.1～10mm[8]。

攝影測(cè)量技術(shù)最早應(yīng)用于制造業(yè)，如裝配部件的外形測(cè)量、裝配控制和空間模擬等。近年來(lái)，該技術(shù)在工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，主要用于生成施工或設(shè)計(jì)狀態(tài)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和模型[9-11]、項(xiàng)目進(jìn)度監(jiān)控[12]、MEP系統(tǒng)沖突檢測(cè)和施工模型重建[13-15]。

綜上所述，近景攝影測(cè)量技術(shù)具有速度快、精度高、自動(dòng)化等優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用于短線(xiàn)匹配節(jié)段梁六點(diǎn)控制法測(cè)量，可解決全站儀測(cè)量的局限性，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，降低人為因素失誤風(fēng)險(xiǎn)。但對(duì)于具有大尺度、多測(cè)點(diǎn)、高精度要求的節(jié)段梁預(yù)制線(xiàn)形攝影測(cè)量，對(duì)其可行性、精度等的研究較少。本文考慮實(shí)際工程中的測(cè)量特點(diǎn)，并結(jié)合生產(chǎn)線(xiàn)流程，提出短線(xiàn)匹配節(jié)段梁預(yù)制線(xiàn)形攝影測(cè)量技術(shù)框架和控制參數(shù)，研究適合施工現(xiàn)場(chǎng)的圖像采集方案，通過(guò)試驗(yàn)定量研究各控制參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響。

1 攝影測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

1.1 攝影測(cè)量三維重建

攝影測(cè)量三維重建是結(jié)合數(shù)字投影原理及多角度圖像的配準(zhǔn)定向，通過(guò)一系列的坐標(biāo)變換過(guò)程實(shí)現(xiàn)目標(biāo)對(duì)象表面點(diǎn)從二維圖像坐標(biāo)到三維空間坐標(biāo)解析還原的過(guò)程，其基本數(shù)學(xué)模型是針孔成像，通過(guò)每個(gè)圖像點(diǎn)定義的重建射線(xiàn)重現(xiàn)目標(biāo)對(duì)象的外形和空間位置。

相機(jī)成像過(guò)程實(shí)際上是描述目標(biāo)對(duì)象空間點(diǎn)通過(guò)針孔成像投影到成像平面形成像點(diǎn)的坐標(biāo)變換關(guān)系，如圖1所示。

圖1 攝影測(cè)量線(xiàn)性相機(jī)模型

一般情況下，從真實(shí)世界坐標(biāo)系到二維圖像像素坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換為線(xiàn)性變換(線(xiàn)性相機(jī)模型)，如式(1)所示。但鏡頭畸變會(huì)導(dǎo)致像點(diǎn)計(jì)算坐標(biāo)與真實(shí)坐標(biāo)之間存在偏差，可通過(guò)引入畸變修正參數(shù)，對(duì)線(xiàn)性相機(jī)模型進(jìn)行內(nèi)部參數(shù)修正，將幾何變換關(guān)系由線(xiàn)性變?yōu)榉蔷€(xiàn)性，即為非線(xiàn)性相機(jī)模型[16]。

(1)

式中：(u0，v0)為圖像中心的像素坐標(biāo)；dx，dy分別為單個(gè)像素點(diǎn)沿圖像u軸和v軸的物理長(zhǎng)度；Zc為空間中某點(diǎn)與相機(jī)鏡頭中心的z向距離；f為相機(jī)鏡頭焦距；R，t分別為相機(jī)坐標(biāo)系變換至世界坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)和平移矩陣；(xw，yw，zw)為空間點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。

攝影測(cè)量常在目標(biāo)對(duì)象表面布置用于專(zhuān)門(mén)測(cè)量的編碼標(biāo)記點(diǎn)(見(jiàn)圖2)，標(biāo)記點(diǎn)在圖像中具有較高的區(qū)分度和辨識(shí)度，能夠簡(jiǎn)化同名點(diǎn)識(shí)別的過(guò)程，提高攝影測(cè)量匹配和重建精度，利用編碼標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的識(shí)別，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量[17]。

圖2 編碼標(biāo)記點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意

在對(duì)圖像中編碼標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別解碼，完成圖像間的匹配后利用五點(diǎn)算法對(duì)每張圖像進(jìn)行定向，求解基本矩陣，確定相機(jī)外參數(shù)，然后通過(guò)三角化方法解算各編碼標(biāo)記點(diǎn)在重建空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。

1.2 攝影測(cè)量系統(tǒng)控制參數(shù)分析

在攝影測(cè)量三維重建過(guò)程中，通過(guò)在1組同源圖像數(shù)據(jù)中識(shí)別具有相同特征描述的同名點(diǎn)進(jìn)行圖像匹配，而相鄰圖像之間的投射線(xiàn)夾角越大，圖像之間的重疊率越低，相似性越低，匹配精度較差[18]。三維重建通過(guò)光束的反投影確定空間點(diǎn)位置，相鄰圖像之間的投射線(xiàn)夾角越小，投影光束越接近平行狀態(tài)，重建空間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的不確定性區(qū)域越大，定位精度越差。

綜上所述，影響攝影測(cè)量重建點(diǎn)云精度的控制參數(shù)主要有單像素尺寸dx，dy，拍攝距離Zc及相鄰圖像投射線(xiàn)夾角(以相鄰圖像重疊率表征)。上述參數(shù)對(duì)重建數(shù)據(jù)精度的影響是非線(xiàn)性的，且在不同應(yīng)用場(chǎng)景中具有明顯的尺寸差異，因此需通過(guò)特定場(chǎng)景下的攝影測(cè)量重建試驗(yàn)分析其影響特性，從而確定合理的參數(shù)范圍，以保證攝影測(cè)量三維重建點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度。

1.3 攝影測(cè)量流程

短線(xiàn)匹配節(jié)段梁預(yù)制測(cè)控的基礎(chǔ)在于獲取節(jié)段梁預(yù)制梁澆筑位置和匹配位置的空間形狀，利用攝影測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以編碼標(biāo)記點(diǎn)取代傳統(tǒng)預(yù)制測(cè)控中的測(cè)量控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制過(guò)程中節(jié)段梁頂面預(yù)設(shè)的編碼標(biāo)記點(diǎn)三維坐標(biāo)自動(dòng)測(cè)量，線(xiàn)形控制基本模型沿用六點(diǎn)控制法，攝影測(cè)量流程如圖3所示。

圖3 攝影測(cè)量流程

編碼標(biāo)記點(diǎn)布置如圖4所示，其中標(biāo)記點(diǎn)1～6為節(jié)段梁頂面標(biāo)記點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)7～9為固定端模頂緣標(biāo)記點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)10，11為比例尺標(biāo)記點(diǎn)。節(jié)段梁頂面標(biāo)記點(diǎn)采用帶預(yù)埋件圓形UV噴繪鋼板，在節(jié)段梁混凝土凝固前進(jìn)行布置，并保持鋼板表面與混凝土表面齊平，固定端模頂緣標(biāo)記點(diǎn)采用方形UV噴繪鋼板，比例尺標(biāo)記點(diǎn)采用方形UV噴繪鋼板。

圖4 編碼標(biāo)記點(diǎn)布置示意

基于編碼標(biāo)記點(diǎn)的節(jié)段梁預(yù)制線(xiàn)形攝影測(cè)量需重點(diǎn)解決的問(wèn)題是在節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景中規(guī)劃布置攝影測(cè)量掃描系統(tǒng)，以進(jìn)行多角度圖像采集，進(jìn)而通過(guò)編碼標(biāo)記點(diǎn)三維重建獲取節(jié)段梁高精度編碼標(biāo)記點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

2 控制參數(shù)分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以杭紹臺(tái)高速公路工程紹興金華段HST-TJ01為依托開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，當(dāng)大越路2號(hào)橋左幅第13聯(lián)第36號(hào)節(jié)段梁澆筑完成時(shí)開(kāi)展攝影測(cè)量。設(shè)備使用帶自動(dòng)對(duì)焦鏡頭的CMOS相機(jī)，并根據(jù)節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景尺寸、障礙物和光照條件，確定鏡頭焦距為40mm，ISO值為200，光圈孔徑約為5.6mm(f/7.1，f為鏡頭焦距)，快門(mén)為1/60s。單像素尺寸、拍攝距離、相鄰圖像水平重疊率和相鄰圖像豎向重疊率為影響因素，共設(shè)置4組15個(gè)試驗(yàn)。分別通過(guò)攝影測(cè)量重建和全站儀測(cè)量編碼標(biāo)記點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算相鄰兩點(diǎn)間距，并統(tǒng)計(jì)最大誤差、平均誤差及均方根誤差。

2.2 單像素尺寸的影響

相機(jī)傳感器尺寸不變，可采用圖像分辨率表征單像素尺寸，控制拍攝距離為9m，圖像水平重疊率為60%，圖像豎向重疊率為80%，分別設(shè)置分辨率為3 264×2 448(800萬(wàn)像素)、3 968×2 976(1 200萬(wàn)像素)、5 520×3 680(2 000萬(wàn)像素)、7 360×4 912(3 600萬(wàn)像素)。

不同單像素尺寸下攝影測(cè)量結(jié)果誤差曲線(xiàn)如圖5所示。由圖5可知，當(dāng)分辨率為800萬(wàn)像素時(shí)，點(diǎn)云重建平均誤差較大，為7.3mm；隨著分辨率的提高，點(diǎn)云重建誤差先快速減小后趨于平穩(wěn)，其中分辨率為2 000萬(wàn)像素時(shí)的平均誤差為0.58mm，分辨率由2 000萬(wàn)像素增至3 600萬(wàn)像素平均誤差僅減小0.04mm。結(jié)合重建誤差變化趨勢(shì)和采集設(shè)備成本，在節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景中，采用2 000萬(wàn)像素左右的設(shè)備基本可滿(mǎn)足數(shù)據(jù)測(cè)量精度需求。

圖5 不同單像素尺寸下攝影測(cè)量結(jié)果誤差曲線(xiàn)

2.3 拍攝距離的影響

受施工現(xiàn)場(chǎng)布置和設(shè)備位置約束，節(jié)段梁預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)拍攝距離≤10m，控制相機(jī)分辨率為2 000萬(wàn)像素，圖像水平重疊率為60%，圖像豎向重疊率為80%，分別設(shè)置拍攝距離為3，6，9m。

不同拍攝距離下攝影測(cè)量結(jié)果誤差曲線(xiàn)如圖6所示。由圖6可知，當(dāng)拍攝距離為9m時(shí)，點(diǎn)云重建平均誤差為0.89mm；當(dāng)拍攝距離為3m，點(diǎn)云重建平均誤差達(dá)-4mm左右；隨著拍攝距離的增加，點(diǎn)云重建誤差呈降低趨勢(shì)。在節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景中，當(dāng)拍攝距離較近時(shí)，圖像采集的節(jié)段梁區(qū)域較小，導(dǎo)致三維重建目標(biāo)對(duì)象信息缺失，因此重建誤差較大，為獲得較好的重建精度，應(yīng)充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境約束，保證拍攝距離盡可能遠(yuǎn)。

圖6 不同拍攝距離下攝影測(cè)量結(jié)果誤差曲線(xiàn)

2.4 圖像水平重疊率的影響

控制相機(jī)分辨率為2 000萬(wàn)像素，拍攝距離為9m，圖像豎向重疊率為80%，分別設(shè)置圖像水平重疊率為60%，70%，75%，80%，90%。

不同圖像水平重疊率下攝影測(cè)量結(jié)果誤差曲線(xiàn)如圖7所示。由圖7可知，曲線(xiàn)具有開(kāi)口向上的類(lèi)二次曲線(xiàn)特點(diǎn)；在節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景中，當(dāng)圖像水平重疊率為60%時(shí)，點(diǎn)云重建平均誤差為0.58mm；當(dāng)圖像水平重疊率為90%時(shí)，點(diǎn)云重建平均誤差為0.92mm；當(dāng)圖像水平重疊率為75%時(shí)，點(diǎn)云重建平均誤差達(dá)最小值，為0.4mm。

圖7 不同圖像水平重疊率下攝影測(cè)量結(jié)果誤差曲線(xiàn)

2.5 圖像豎向重疊率的影響

控制相機(jī)分辨率為2 000萬(wàn)像素，拍攝距離為9m，圖像水平重疊率為60%，分別設(shè)置圖像豎向重疊率為50%，80%，90%，95%。

不同圖像豎向重疊率下攝影測(cè)量結(jié)果誤差曲線(xiàn)如圖8所示。由圖8可知，在節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景中，當(dāng)圖像豎向重疊率為80%左右時(shí)，可得到0.55mm以?xún)?nèi)的點(diǎn)云重建精度。

圖8 不同圖像豎向重疊率下攝影測(cè)量結(jié)果誤差曲線(xiàn)

3 掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在確定節(jié)段梁預(yù)制攝影測(cè)量參數(shù)最優(yōu)區(qū)間的基礎(chǔ)上，考慮節(jié)段梁實(shí)際生產(chǎn)線(xiàn)，結(jié)合場(chǎng)景掃描可見(jiàn)性、光照條件及幾何尺寸，確定攝影測(cè)量掃描系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)和圖像采集布置參數(shù)，進(jìn)一步構(gòu)建節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景攝影測(cè)量掃描系統(tǒng)原型。

3.1 節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景掃描可見(jiàn)性分析

為對(duì)滿(mǎn)足需求的圖像進(jìn)行重建，需保證節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景中目標(biāo)對(duì)象(固定端模頂緣和預(yù)制節(jié)段梁頂面)的可見(jiàn)性。結(jié)合節(jié)段梁預(yù)制生產(chǎn)流程，可在節(jié)段梁混凝土澆筑完成后但未脫模時(shí)及節(jié)段梁匹配定位完成后進(jìn)行攝影測(cè)量圖像采集。

3.2 節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景光照條件分析

在攝影測(cè)量中，光照條件直接影響成像質(zhì)量，從而影響攝影測(cè)量空間坐標(biāo)的重建精度，甚至造成部分區(qū)域數(shù)據(jù)空白。橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜，受環(huán)境、天氣影響較大。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，無(wú)陽(yáng)光直射、多云或陰天條件下的光照度更適合進(jìn)行節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景下的攝影測(cè)量圖像采集，陽(yáng)光直射會(huì)造成圖像部分區(qū)域過(guò)度曝光而導(dǎo)致點(diǎn)云數(shù)據(jù)缺失。

3.3 節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景攝影測(cè)量掃描參數(shù)計(jì)算

對(duì)節(jié)段梁預(yù)制臺(tái)座及廠(chǎng)棚進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在最常見(jiàn)的16m寬節(jié)段梁預(yù)制中，預(yù)制廠(chǎng)棚長(zhǎng)度約為20m、寬度約為12m、高度約為8m。結(jié)合攝影測(cè)量控制參數(shù)試驗(yàn)結(jié)果和節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景幾何尺寸，計(jì)算節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景攝影測(cè)量掃描參數(shù)。

1)相機(jī)參數(shù)

相機(jī)焦距f=40mm，傳感器尺寸為22.5mm×15.0mm，相機(jī)視場(chǎng)角水平向?yàn)?1.4°、豎向?yàn)?1.2°。在預(yù)制廠(chǎng)棚中，平均拍攝距離為9m，拍攝實(shí)際范圍為5.06m×3.38m，該相機(jī)參數(shù)下能夠在同一圖像中采集到目標(biāo)對(duì)象節(jié)段梁25%以上的區(qū)域(節(jié)段梁尺寸為16m×4m×2.5m)，滿(mǎn)足拍攝需求。

2)拍攝距離

為實(shí)現(xiàn)攝影測(cè)量圖像采集的自動(dòng)化，在節(jié)段梁預(yù)制廠(chǎng)棚中布置相機(jī)運(yùn)動(dòng)軌道。根據(jù)拍攝距離盡可能遠(yuǎn)的原則，拍攝軌道安裝在預(yù)制廠(chǎng)棚頂部四周，近似圓角長(zhǎng)方形布置(見(jiàn)圖9)。根據(jù)空間位置計(jì)算，以相機(jī)到預(yù)制節(jié)段梁頂面中心描述拍攝距離，考慮到廠(chǎng)棚頂部與預(yù)制節(jié)段梁頂面高差為2.5m，最短拍攝距離為6.5m(圖9中OM段距離)，最長(zhǎng)拍攝距離為11.9m(圖9中ON段距離)。

圖9 拍攝軌道示意

3)圖像水平重疊率

為獲得較高精度的編碼點(diǎn)重建數(shù)據(jù)，在攝影測(cè)量系統(tǒng)中需保證相鄰圖像水平重疊率為75%左右。在預(yù)制廠(chǎng)棚中可圍繞節(jié)段梁平均分布16個(gè)點(diǎn)位，控制相鄰圖像之間夾角為22.5°，并結(jié)合相機(jī)運(yùn)動(dòng)軌道布置形狀，調(diào)整拍攝點(diǎn)位及角度，如圖10所示。

圖10 水平向拍攝點(diǎn)位示意

4)圖像豎向重疊率

為獲得較高精度的編碼點(diǎn)重建數(shù)據(jù)，在攝影測(cè)量系統(tǒng)中需保證相鄰圖像豎向重疊率為80%左右。在預(yù)制廠(chǎng)棚中控制各水平點(diǎn)位豎向角度，拍攝8張圖像即可完成測(cè)量。圖像采集過(guò)程中，要求能夠拍攝節(jié)段梁頂面布置標(biāo)記點(diǎn)的區(qū)域范圍。根據(jù)預(yù)制廠(chǎng)棚尺寸數(shù)據(jù)，計(jì)算得到各水平拍攝點(diǎn)位豎向拍攝角度范圍和對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角度，如表1所示，豎向拍攝角度指相機(jī)向下偏轉(zhuǎn)的角度。

表1 各水平拍攝點(diǎn)位拍攝角度范圍和對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角度

3.4 掃描系統(tǒng)

節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景攝影測(cè)量自動(dòng)采集系統(tǒng)按功能分為安裝模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、相機(jī)模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和遠(yuǎn)程控制主機(jī)，如圖11所示。

圖11 節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景攝影測(cè)量自動(dòng)采集系統(tǒng)

1)安裝模塊 預(yù)制廠(chǎng)棚頂部周?chē)鷪A角長(zhǎng)方形鋼制運(yùn)動(dòng)軌道設(shè)有滑軌，可使移動(dòng)控制基座實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)和停止。

2)運(yùn)動(dòng)控制模塊 包括調(diào)節(jié)云臺(tái)和移動(dòng)控制基座。云臺(tái)通過(guò)數(shù)控電路和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)相機(jī)的水平向和豎向角度調(diào)節(jié)；移動(dòng)控制基座通過(guò)數(shù)控電路和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)軌道上的滑動(dòng)和停止。

3)相機(jī)模塊 由40mm自動(dòng)對(duì)焦鏡頭，2 000萬(wàn)像素、傳感器尺寸22.5mm×15.0mm的COMS相機(jī)組成。相機(jī)模塊安裝在調(diào)節(jié)云臺(tái)上，集成5Gwifi傳輸模塊實(shí)現(xiàn)相機(jī)拍攝控制和圖像傳輸。

4)數(shù)據(jù)傳輸模塊 包括相機(jī)模塊與遠(yuǎn)程控制主機(jī)圖像傳輸?shù)?Gwifi傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)云臺(tái)、移動(dòng)控制基座與遠(yuǎn)程控制主機(jī)之間位置、信息傳輸控制。

5)遠(yuǎn)程控制主機(jī) 遠(yuǎn)程控制移動(dòng)基座、調(diào)節(jié)云臺(tái)、相機(jī)模塊圖像拍攝及接收采集圖像的設(shè)備單元。

4 工程應(yīng)用

為進(jìn)一步驗(yàn)證本研究提出的基于編碼標(biāo)記點(diǎn)的短線(xiàn)匹配節(jié)段梁預(yù)制線(xiàn)形攝影測(cè)量技術(shù)的可靠性，以杭紹臺(tái)高速公路工程紹興金華段HST-TJ01大越路2號(hào)橋左幅第13聯(lián)第4跨橋?yàn)橐劳?橋跨徑38m，平曲線(xiàn)和豎曲線(xiàn)均為直線(xiàn)型，跨內(nèi)9個(gè)節(jié)段梁)，開(kāi)展實(shí)際工程應(yīng)用，對(duì)9個(gè)跨中節(jié)段梁澆筑前、后的104個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行攝影測(cè)量，坐標(biāo)誤差(點(diǎn)云重建坐標(biāo)與全站儀測(cè)量坐標(biāo)差值)如圖12所示。

圖12 坐標(biāo)誤差頻率分布

由圖12可知，x向坐標(biāo)誤差基本符合正態(tài)分布特性，均值為0.144 5，標(biāo)準(zhǔn)差為0.108 1，x向坐標(biāo)誤差基本為-0.179 8～0.468 9mm(占比99.73%)；y向坐標(biāo)誤差基本符合正態(tài)分布特性，均值為0.133 9，標(biāo)準(zhǔn)差為0.089 3，y向坐標(biāo)誤差基本為-0.134 0～0.401 7mm(占比99.73%)；z向坐標(biāo)誤差基本符合正態(tài)分布特性，均值為0.172 4，標(biāo)準(zhǔn)差為0.118 9，z向坐標(biāo)誤差基本為-0.184 2～0.529 0mm(占比99.73%)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文考慮短線(xiàn)匹配節(jié)段梁施工控制測(cè)量特點(diǎn)和攝影測(cè)量原理，提出了節(jié)段梁預(yù)制線(xiàn)形攝影測(cè)量技術(shù)框架和測(cè)量控制參數(shù)，主要得出以下結(jié)論。

1)影響攝影測(cè)量重建精度的序列圖像參數(shù)主要有單像素尺寸dx，dy(由相機(jī)圖像分辨率和傳感器尺寸共同決定)、拍攝距離Zc及相鄰圖像投射線(xiàn)夾角(可用相鄰圖像重疊率描述)。

2)通過(guò)節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景下的攝影測(cè)量重建試驗(yàn)分析了不同參數(shù)的影響特性，最終確定相機(jī)分辨率為2 000萬(wàn)像素、拍攝距離為9m、圖像豎向重疊率為80%、圖像水平重疊率為75%，可保證攝影測(cè)量重建數(shù)據(jù)精度最優(yōu)，編碼標(biāo)記點(diǎn)重建精度可達(dá)0.3mm以?xún)?nèi)。

3)考慮節(jié)段梁實(shí)際生產(chǎn)線(xiàn)和攝影測(cè)量序列圖像參數(shù)最優(yōu)區(qū)間，結(jié)合場(chǎng)景掃描可見(jiàn)性、光照條件及幾何關(guān)系分析，確定掃描系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)和圖像采集布置參數(shù)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)集成安裝模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、相機(jī)模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和遠(yuǎn)程控制主機(jī)，構(gòu)建節(jié)段梁預(yù)制場(chǎng)景攝影測(cè)量掃描系統(tǒng)原型。

4)節(jié)段梁預(yù)制線(xiàn)形攝影測(cè)量技術(shù)框架和測(cè)量控制參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有較好的適用性，能夠保證測(cè)量精度。