背景介绍

随着国家“一带一路”的基础设施建设，大量的大型设施及建（构）筑物正处于建设和运营中，以陆海空通道和信息高速路为骨架，以铁路、港口、管网等重大工程为依托，一个复合型的基础设施网络正在形成。

然而，随着大型设施的长时间运营，会因为自身或者外界因素的影响产生各种变形。例如桥梁在有车辆或火车经过时，会产生竖向的挠度变形；高塔由于风力等外界因素的影响导致产生侧向变形。变形作为影响大型设施及建（构）筑物安全性和使用寿命的关键指标，如果缺乏有效的技术手段对变形进行测量，很可能会造成工程事故的产生，从而带来巨大的经济损失。

传统测量方法

 

传统的接触式测量方法，主要包括连通管式静力水准仪、分布式光纤、百分表、拉线式位移计、振弦式位移计以及磁致伸缩式位移计。对于传统的接触式测量方法，需耗费大量的人力物力提前将传感器安排在建筑内部或表贴于建筑物外表面。测量完成后，为节省工程成本还需要花费大量的时间拆除传感器。

传统接触式测量方法的不足 

1、传感器安装和拆卸费时费力；

2、传感器寿命周期内易破坏；

3、单个传感器通常只能测量单个点的一维变形，且监测频率偏低；

4、单体建（构）筑物变形监测需布置多个传感器，成本高。

传统的非接触式测量方法主要为全站仪、水准仪、超声波位移监测、GPS/北斗以及雷达位移监测等。

传统非接触式测量方法的不足

1、全站仪工作量大，测量时间长，人为因素影响较大；

2、超声测量距离短，精度低，需反射面；

3、GNSS需局部组网，计算提高精度，单个成本较高；

5、雷达测量精度较低，成本高。

非接触光学（图像视觉）测量技术

图像视觉技术就是用机器代替人眼来进行测量和判断，它是一项综合的技术。采用一种基于数字图像处理和数值计算的非接触、全场变形的数字图像相关方法，通过变形前后的两幅图像来测量大型结构表面的变形，利用本测量方法可以实现对被测物进行远距离、多点动静态变形检测。

随着计算机技术的日趋成熟，图像视觉的应用对象逐渐由室内转向室外的大型结构（设施），如隧道、边坡、桥梁、高塔等。

图像视觉基本原理

产品简介

RSM-FBN(A)大型设施挠度非接触测量仪采用最先进的图像质量评价算法、图像质量增强算法以及相机快速自标定技术，现场无需附着任何标记物，仅一台主机就可实现对桥梁、高塔、起重机械等设施进行多点快速、高精度动静态挠度、位移、振动等数据的实时测量。仪器配套软件系统具备引导式操作、自动数据记录、自动标定、智能选点、实时输出、超限预警和安全评估等功能。仪器一体化设计，采用军品级传感器及接头，现场使用直观、简单、方便。

产品用途

用于桥梁、高塔、起重机械等大型设施的动/静态位移检测，也可用于建筑、隧道、大坝、边坡等的长期监测。

关键技术

图像获取

被测物体的可视化图像和内在特征转换成能被计算机处理的一系列数据。

低质量图像高分辨分析

针对野外远程、大尺度测量工况下光照变化和雾霾等因素的影响，开发了多种快速图像增强技术，通过改善图像质量和突破低质量图像匹配难题实现复杂测量条件下的图像高分辨分析。

快速自标定

为了满足桥梁、隧道、高塔和起重机械等大型结构的挠度测量需求，利用主动姿态感知技术，开发适用于各类复杂工况的相机自标定方法，针对不同测量场景结构特征的几何约束关系或者利用相机的实时姿态信息，实现相机的快速自标定。

高精度免靶标

为了节约工程成本，提高测量效率，本仪器结合图像快速相关匹配与定位和基于显著性的可靠特征提取技术，开发了适用于各类复杂结构的高精度免靶标测量功能。

符合规范

《公路桥梁荷载试验规程》（JTG-T-J21-01-2015）

《建筑与桥梁结构监测技术规范》（GB50982-2014）

《城市轨道交通工程测量规范》（GB/T 50308-2017）

《工程测量规范》（GB 50026-2016） 

核心优势

高精度

仪器利用特有的快速自标定技术，结合姿态传感器、物面切向和物面法向信息，实现0.001mm级实时高精度位移数据解算。

高频率

采用专业级工业相机，并结合特殊的数据处理和数据传输技术，在保证测量精度的情况下，实现40个点300Hz同步高频率测量。

大视场

仪器采用了一种基于图像锐度评价判据的方法去除阳光照射/阴影、雾霾等因素对图像质量影响，自适应改善与增强图像质量，并结合专业级镜头，满足1000米远距离测量需求。

多功能

滤波功能完善，可对采集的曲线进行前处理和后处理；功能多，冲击系数、阻尼比、频谱分析超限预警一应俱全；图像可先录后进行处理和分析，方便快捷。

项目案例

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​​​​​​工程概况

长丰桥为武汉市中环线西段跨越汉江的一座特大型中承式钢管混凝土系杆拱桥，长丰桥及其两岸连线工程为武汉中环线的主体工程，同时也是武汉市白沙洲长江大桥的相关配套工程。从汉口至汉阳依次为：0#～14#墩为汉口岸引桥，14#～17#墩为主桥，17#～35#为汉阳岸引桥。

测量方案

本次选择16#～17#墩的静态挠度进行测量，所选测点处均布置了静力水准仪。本仪器布置在距离测量点100m处的江滩公园。

测量结果

通过与桥梁检测单位提供的静力水准仪数据进行对比，发现本仪器所测数据与利用静力水准仪所测数据基本一致。