基于無人機攝影測量的房屋裂縫智能檢測技術分析

彭仕永

（貴州省建材產品質量檢驗檢測院，貴州 貴陽 550014）

0 引言

房屋裂縫對構件保護層保護鋼筋的效用產生了影響，加快了鋼筋腐蝕的速度，使構件的耐久性和剛度迅速下降。以往檢測房屋裂縫的方式主要是結合儀器量測和人工目測，采用裂縫卡和讀數顯微鏡等進行測量，有的時候利用望遠鏡、車載檢測設備等遠程觀測程裂。當前存有的檢測方式雖然使用原理比較簡單，但是在實際運營期間存在很多不足，具體如下：①工作量大使用效率不高。②檢測結果過于依賴工作人員的經驗，容易出現主觀失誤。③檢測高層建筑外立面和大跨橋梁底面的時候，往往需要工作人員開展登高作業，具有相應的安全隱患。近幾年，無人機因為具備使用成本低、環境適用性強、操作靈活等特點，經常被用于輔助進行各種高危工作。

1 房屋裂縫產生的原因

1.1 地基的影響

倘若房屋的地基均勻性不強，或者是地基為松軟土質，就會致使房屋出現沉降的情況，倘若地基沉降，在沉降期間就會導致房屋出現變形的情況，改變地基的高度，增加了墻體的受力，進而出現房屋裂縫[1]。

1.2 荷載產生的裂縫

在建筑物受到很強的外力作用時，一旦無法承受就可能導致房屋出現裂縫。又或者在施工期間導致的裂縫，在構件運行途中出現很大震動時，或者是承受了很大的外力，就會導致出現裂縫。

1.3 溫差

溫差是導致房屋早期出現裂縫的主要因素之一。溫差裂縫的嚴重程度和環境溫度差有密切聯系，溫差很大就會出現比較嚴重的裂縫，溫差較小裂縫也就相對較輕，房屋具有很好的保溫隔熱性能裂縫就輕，反之裂縫就會很重。這種類型的裂縫經常出現在房屋，尤其是縱向很長的建筑物門窗洞兩邊、砌體墻根部、混凝土平屋蓋頂層兩端內外縱墻上。溫度裂縫通常發生于混凝土上，沒有相應的規律，大部分都產生在澆筑混凝土的早期。因為磚砌體和混凝土的線膨脹系數存在一定差異，在溫度差的作下，砌體與混凝土間的變形差致使構件中出現溫度應力，混凝土頂蓋出現較大的變形，而墻體變形較小，致使混凝土屋蓋與磚砌體間出現了約束應力。在環境溫度變高的時候，導致無蓋受到壓力，而墻體受剪、受拉。在約束作用下構件溫度應力特別大的時候，高于砌體的抗剪和抗拉強度的時候就會出現裂縫，這就是產生溫度裂縫的主要原因。

1.4 干燥收縮開裂

毛細管壓力會直接導致混凝土出現干燥收縮開裂等現象。混凝土中存在的毛細管孔隙會在其干燥期間逐漸失去水分，毛細管也慢慢變形，出現較大的張力，混凝土體積出現收縮的情況。倘若混凝土中的用水量變多，增加水灰比，就會增多毛細管的孔隙，加大混凝土體積的收縮，從而出現干燥收縮開裂。另外在混凝土出現收縮變形情況的過程中，因為附近出現了約束力，里面出現應力，并且高于混凝土的抗拉強度時，就會出現收縮裂縫。

1.5 塑性收縮

根據相關的施工建設研究顯示，如果遇到特殊天氣，比如高溫、干燥和大風等天氣的影響，混凝土表面可能會產生特殊的裂縫，這種形式的裂縫兩端比較細，中段寬度比較大，而且長度不一樣。這樣的裂縫就屬于塑性收縮裂縫。引發這種裂縫的主要因素是混凝土在終凝前的強度不高，在遇到高溫、干燥以及大風等天氣時，可能會導致其表面水分嚴重缺失，從而出現很大的干縮，在內部負壓影響下出現的收縮力高出抗拉極限，就會出現塑性收縮裂縫。

1.6 施工工藝的影響

首先，在實際開展施工活動的時候，使用的施工技術不合理也會致使出現房屋裂縫。倘若在對混凝土進行攪拌、灌注、振搗等各種工序時操作不當，就會對混凝土的均勻性和密實度產生嚴重影響，導致產生缺陷而引發裂縫。其次，如果混凝土澆筑模板存在問題也會導致出現裂縫，模板出現漏洞或者是不完整、表面有坑洼，就會引發漏漿、漏水等狀況。其次，如果裸露在外的鋼筋出現了損害、移位以及彎曲等情況，也會使房屋出現裂縫。最后，后期對房屋的養護不合理，就會導致水泥發生結石的情況，或者混凝土干縮，以此引發房屋裂縫。房屋遭到長時間的暴曬、暴雨，而后期又沒有做好科學合理的養護工作，就會導致房屋出現裂縫。

2 無人機攝影測量技術概述

2.1 和以往攝影測量的不同

無人機攝影測量技術屬于一種先進的技術方式，并在實際運用中獲得了十分理想的效果，具有很大的發展潛力。此項技術有關的攝影測量，主要是利用獲得被測建筑物所有攝站點全方位影像的方式，來建立三維實景模型，以此深入分析測量期間攝影區域的性質、場景模擬以及橫斷面等特點，并將其充分展現出來；如果在測量期間使用以往的攝影測量技術，就應充分考慮測量區域所有攝站點的中心投影影像，從而通過處理之后獲得正射影像并進行使用，掌握被攝影建筑物的具體特點，比如地理位置、性質、形狀等。所以，對比以往的攝影測量技術，無人機攝影測量技術還是有很大不同的，傳統技術能夠形成可正射影像，而無人機攝影測量技術在獲得正射影像的基礎上還可以建立三維實景模型[2]。

2.2 無人機攝影測量技術的缺點

在應用有人機和無人機攝影測量的時候，必須要對它們之間的優缺點具有相應的掌握。當中，在實際使用無人機攝影測量時，其呈現出了活動影響小、時效性明顯、靈活性強等優勢，其缺點是飛行時測量區域小、留空時間短；有人機攝影測量的優點是攝影姿態穩定、范圍廣，缺點是申請飛行流程煩瑣、成本高、飛行期間拍攝時間受限等。所以，必須要結合具體狀況，重視配合使用這兩種攝影測量技術。

2.3 無人機攝影測量技術的特點

2.3.1 可以反映地物實際情況并進行測量

使用無人機攝影測量技術可以獲得被測量建筑物的高度、方位等三維信息，這樣就可以將被測量建筑物呈現出特別真實的效果，對比以往的人工模型可以發現，此項技術具備較強的仿真性能，并且還可以提升作業效率。

2.3.2 高性價比

此項技術可以全方位測量空間位置，同時獲得有關的三維影像信息，另外還可以輸送各種信息數據。在可以滿足以往使用航空攝影測量要求的基礎上，還能夠采集很多的信息數據。同時在建立三維模型的時候，還能夠通過無人機攝影測量技術節約成本。

2.3.3 工作效率高

無人機攝影測量技術可以通過最快的速度建立三維模型，進而大幅度減少人工建立模型的時間，這樣就能夠提高工作效率。

3 無人機攝影測量技術介紹

3.1 無人機攝影建立三維模型步驟

外部和內部是通過攝影測量技術建立三維模型的重要組成內容。而具體工作主要有控制現場圖像、收集無人機圖象信息；在內部建立三維模型的時候，主要包含下面3點內容[3]：①科學合理的分布被測建筑物控制點，通過立體測繪技術對其平面坐標進行計算。②稠密匹配。針對所有圖像的具體特點做好匹配工作，在運算圖像過程中轉變模型。③拼接圖像。通過計算出來的空間變換模型對圖像拼接進行技術處理，從而獲取相同特點實施精準重疊。對分辨率和圖像尺度中影響三維模型的部分進行清除。

3.2 采集外業數據

首先，控制無人機的飛行高度。對被檢測房屋的所在地進行實地調查。比如在城市農村中房屋結構較為繁雜，無人機應將高度控制在100m左右。而飛行高度決定了數字航空攝影的地面分辨率，具體公式是H=f×GSD/a。其中h表示飛行高度，f表示鏡頭焦距，GSD是地面分辨率，a是像素。通過這個公式可也以獲取與地面分辨率相對的飛行高度。鏡頭焦距和像素是相機的特定屬性，所以飛行高度越低，就表示地面采樣點之間的距離就越近，這樣就能夠提升地面分辨率。因此，在測量城市農村中房屋結構的時候，應將無人機飛行高度控制在100m左右。其次，分布控制點。將光控點技術最好運用至測量區域當中，圖像中的控制點會平均分布至航向和側面重疊照片中，另外會分布控制點到區域網絡的周邊。最后，設置航測參數。利用飛行場對具體的飛行參數進行確定，同時采集航測數據。由于PHANTOM4只是利用單個鏡頭采集信息數據，而攝影測量需要從所有角度采集圖像，因此需要有目的性的設置航測參數。如果要想呈現出多透鏡效應，那就應在同樣的測量范圍內進行單向S線飛行。應控制無人機航向傾角為45°，并且應保證側向重疊和航向重疊。

3.3 處理內業數據

3.3.1 圖像預處理

在斜向攝影完成之后，應對所有采集到的區域圖像進行質量檢測，保證圖像沒有出現變形的情況，同時把那些與實際需求不符的信息數據進行清除。

3.3.2 室內圖像控制點

一般情況下，0.1mm是圖像控制點的最佳精確度，在各種圖像控制點當中，盡可能選取高程變化不明顯的目標，而在相連的圖像中，應確保圖像控制點的絕對清晰。

3.3.3 空間加密

通過光速法來調試整體區域網絡，提供足夠的人工控制點，把照片形成的光速作為調整單元。促使公用光產生比較理想的交會，同時利用控制點中的坐標對各個區域進行填充，這樣就可以獲得加密點的結果[4]。具體來講，就是利用已知的特點對未知特點進行運算，同時自動獲取所有特征點，這樣就可以在所有的目標范圍內形成特征云點。

3.3.4 密集匹配圖像

使用相應的軟件對所有圖像中的同名點進行匹配，之后在圖像中獲得特征點，以此就能夠將建筑物中的細節精準的呈現出來。

4 房屋裂縫防治措施

在實際進行房屋建筑的過程中，不但要重視增強對建筑材料的監督管理，還要重視科學合理的利用施工技術來處理房屋裂縫的問題。如果是地下室出現了豎向垂直收縮裂縫，就應在地下室長度大于50m的時候，在混凝土中加入微膨脹劑，促使補償混凝土的大幅度收縮，同時利用切實可行的措施進行有效預防治理；而當地下室長度小于等于50m的時候，應使用鋼筋強度換算的方式使外墻水平筋直徑減小，縮小它們之間的距離，從而切實提高其抗裂能力，同時延長混凝土外墻模板的拆除時間，利用定時澆水的方式對混凝土外墻進行養護，促使混凝土初期的嚴重脫水收縮現象得到有效解決。并且，還應對混凝土的強度、鋼筋間距與保護層厚度進行嚴格控制，避免設計混凝土的澆筑施工縫，同時增強養護工作，這樣能夠切實有效的控制房屋出現裂縫的概率[5]。對于外墻，必須要在進行振搗的過程中，利用插入式振搗設備，同時應確保快插慢拔，應確保插點的整齊性和均勻性，根據相關順序點進行移動，不可以產生遺漏，從而確保振實的效果；另外，在完成混凝土澆筑之后，應第一時間合理養護墻體，倘若高層建筑墻體有抗滲要求，養護時間不可以少于14d，并且確保對混凝土進行澆水處理，從而確保混凝土始終保持濕潤狀態，避免混凝土在初期凝結時候，由于缺水而產生干縮性裂縫。

5 結語

當前，雖然我們國家的施工水平與以往比較有了很大的提升，但是在實際開展施工活動的過程中一直普遍存在房屋裂縫的情況。使用無人機攝影測量技術對房屋縫隙進行測量，相比以往的檢測方式，其具備諸多優點，不但能夠獲取與檢測要求相符的圖像，還能夠控制因為房屋檢測活動導致對居民生活的影響。然而，此項技術在實際應用期間會受到不良天氣、遙控信號的干擾，只有進一步解決各種問題，才可以更好的提高房屋裂縫檢測的質量與水平。科學合理的檢測房屋裂縫，并且深入分析其根本因素，通過切實可行的措施進行修補以及處理，只有這樣才可以確保居民的安全問題。所以，相關人員必須要合理有效的利用無人機攝影測量技術準確的檢測和判定房屋裂縫，從而更好地防止出現安全事故。