數字圖像檢測技術在施工監控中應用的可行性探討

黎樂濤

摘 要：隨著我國經濟和科技的日益發展，傳統施工監控技術已經越來越難滿足工程需要。工程從業人員迫切希望得到一些可靠的高新技術手段來解決這一難題。而數字圖像檢測技術以其非接觸、設備周邊環境要求低以及可同步多測點等優點將有望成為施工監控未來的一大助力。

關鍵詞：施工監控；數字圖像檢測；邊緣檢測

施工監控是保證施工整個過程中結構處于安全狀態，使施工項目保質保量完成的必要措施，占整個施工過程中一個舉足輕重的重要地位。施工監控起到了一個指導的作用，為結構最終建成后能最大程度符合設計要求的線形和結構內力起到了至關重要的作用。而且在體量龐大，要求施工誤差較小的重大工程，諸如橋梁施工項目和高層建筑施工等工程項目，施工控制的糾錯功能顯得尤為重要。

隨著圖像的數字化技術的形成和進步，傳統施工控制技術所存在的很多不足之處都看到了解決的希望。以往的施工監控，大多數的工作都是需要人工操作的。為了與經濟效益達到相互平衡，在精準度還有可控參數方面都有比較大的局限性。而且對一項簡單而又需要重復操作的工作，人的工作效率顯然遠遠比不上計算機的。而數字圖像檢測技術的到來為施工控制帶來新的生命力。

1 工程概況

本文使用的工程實例，是坐落在廣州市番禺區的番禺景觀大橋。該大橋是廣明高速到S363線段的番禺景觀大道工程的第三標段（K2+640～K5+636.8），位于大夫山森林公園東南面，主橋跨越市橋水道。主橋為三跨預應力混凝土連續梁橋（68.5m+115m+68.5m），全長為252m。

2 數字圖像檢測技術應用思路

對景觀大橋施工過程進行數字圖像的采集和轉化處理，將數字圖像由rgb三原色圖像轉化成黑白二值圖像，作為接下來被邊緣檢測的對象。然后對圖像進行初次邊緣檢測，并對檢測結果的精度作出標定，假如不能滿足研究需要，則對圖像進行降噪、加強信號等處理。以結構邊緣作為該參考數據，獲得高程、樁號等關鍵信息并以此指導施工。

3 數字圖像檢測技術原理及優點

3.1 數字圖像檢測原理

數字圖像測量利用的是圖像處理研究領域的最基本問題：邊緣檢測。因為，邊緣是圖像眾多特征當中最為基本的。而邊緣的本質就是指圖像中，某些灰度發生了階躍式的突變又或者是呈屋頂狀變化了的像素的集合。

3.2 數字圖像檢測優勢

數字圖像測量技術之所以得到各領域的廣泛關注和重視是其具有多個傳統測量監控技術所不具備的優點：（l）與被觀測的對象無接觸：對觀測與被觀測者都不會產生任何損傷，十分安全可靠，這是其他測量方式無法比擬的。（2）提高測量的精度：利用各種圖像目標模式定位方法，特別是亞像素定位技術，可以明顯地提高圖像目標的定位精度。（3）對成像系統的高精度標定和修正：成像系定和誤差修正是精密測量的重要環節之一。用數字圖像處理技術可以實現對攝像系統高精度的標定和誤差修正，為高精度光學測量提供堅實的基礎。（4）自動化程度高：隨著計算機技術的不斷發展使得該技術處理分析的自動化程度大大提高，這樣極大地減少了處理的工作量和時間，為在線測量贏得了時間。

非接觸、設備周邊環境要求低以及可同步多測點多參數的識別能力，使得工程試驗突破了以往的束縛，大大提高了測量結果的準確性和可靠性，省去大量人工操作步驟和克服背景、光照等干擾條件。

4 數字圖像檢測技術與施工監控的結合

運用超高清晰度的圖像獲取設備對景觀大橋主體結構進行拍攝，利用數字圖像檢測技術對圖像進行檢測，通過其邊緣檢測原理，識別現澆梁段頂面邊緣線以及水準點，以此求出施工過程中結構的實際標高。再將實際標高與設計文件中的設計預拱度進行動態比較，結合全站儀、經緯儀人工測量計算等傳統檢測線型手段得到每一個施工階段的誤差量。根據誤差量實施了如下的常用的調整優化：（1）實時動態糾偏：如調整下一節段現澆梁體施工預拱度，利用手上既有檢測數據推測下一節段可能產生的誤差量，及時重新計算該段預拱度。（2）抽樣檢查：如做好對所澆筑混凝土的容重測量，有需要可重復檢測，減小混凝土容重的波動引起的誤差。（3）關鍵部位復檢：如對孔道、錨具口和喇叭口等進行預應力摩阻系數的再測定。由于根據大橋施工階段的變化，各個節段所張拉的預應力鋼束的長度或在管內角度等都是有所差別的，因此可以通過現場測試排除這方面的影響。（4）加強工地巡視：如檢查節段端部所設的高程測點。每個節段都通過焊接數根垂直的粗鋼筋作為高程測點，因此可能由于人為因素或別的一些失誤，使得所布置的測點與該節段梁體產生了不同步的變形或者位移，導致即使該節段處于符合標準的情況下卻被誤判成存在較大誤差。

最終景觀大橋實際合攏成橋后，主梁成橋后的線形和應力都符合設計目標。表明總體上施工人員是切實履行了施工監測和控制，使得橋梁建筑從施工建設到竣工驗收都保持在一個健康、安全、質量較高的狀態。

5 結語

將數字圖像檢測技術結合到橋梁結構的施工監控中去，在理論上和實際操作上都是切實可行的。在日后的開發優化過程中，如能繼續改善和提高該方法中所用設備的采集精度，同時加強對外部干擾因素的有效排除或減弱影響，數字圖像檢測將有望為該監控手段的準確性和可靠度帶來相當不錯的提升，并可將其作為未來工程線形檢測的主要手段。

參考文獻

[1] 王德森.橋梁施工監控技術的發展概述[J].經營管理者，2009，14：307.

[2] 段瑞玲，李慶祥，李玉和.圖像邊緣檢測方法研究綜述[J].光學技術，2005，31（3）：415-419.

[3] 袁向榮.多項式擬合屋脊型邊緣及在梁彎曲變形檢測中的應用[J].廣州大學學報：自然科學版，2013，12（5）：40-44.

[4] 何能，廖海黎，馬存明，等.基于數字圖像相關法的風洞試驗測量技術[J].激光與光電子學進展，2013，50（5）：107-113.