為（wéi）了保證橋梁幾何、剛度狀態滿足設（shè）計要（yào）求，橋梁在施工和使用過（guò）程中，均（jun1）需進行（háng）關鍵（jiàn）截麵的幾何狀（zhuàng）態變形（xíng）測試，這也是橋（qiáo）梁施工質（zhì）量控製、運營檢測（cè）試驗以及長期運營監測的重要內容。特別是橋梁運營階段的活載撓度，是橋梁抵抗外荷載變形能力的重要指標，也是評（píng）價橋梁（liáng）結構（gòu）整體剛度的重要參數。

橋梁變（biàn）形測試（shì）方法主要有（yǒu）——機械式測量法，測試儀器（qì）如千分表、百分表、連通管等；電測法，測試儀器如電測變形計、機電百分表等；三（sān）角測（cè）量法（fǎ），測試儀器如（rú）水準儀、全（quán）站（zhàn）儀等，還有傾角儀檢測法、激（jī）光三角位移檢測法等。在橋梁（liáng）荷載試驗中，機械測量法與電測（cè）法（fǎ）一般需要搭設支架（jià）等（děng）臨時設施，耗費大量人力物力（lì），且無法在水上橋梁、通航（車）橋梁和高墩（dūn）大跨橋梁應用；三角測（cè）量法隻能在橋麵兩側進行變形測試，無法（fǎ）反映橫向多片主梁撓度分（fèn）布狀況。在橋梁實時（shí）動態位移監測中，目前還沒有高效的變形實時監測儀器和設備，嚴重製（zhì）約著橋梁（liáng）長（zhǎng）期監測（cè）技術的進（jìn）步。因（yīn）此，急需研發新型變形測量設備，改進和（hé）解決目前橋梁變形測試的不足。本（běn）文在傳統變形（xíng）測試方法的基礎上，提出基於數字圖像技術和激光技術的變形測試新技術，研發了相關儀器設備,有效推動（dòng）了我國橋（qiáo）梁變形測試技術的進步。

基於數字圖像技術的變形測（cè）試係統（tǒng）

數字圖像相關方法（DICM）是一種基於現代數字圖像分析技術的光（guāng）學測（cè）量新方法。過去30年裏，該（gāi）技術在工程檢測領域（yù）中得到了飛速的發展（zhǎn）。數（shù）字圖像相關方法又（yòu）被稱為數字散斑相關方法，最（zuì）早是在20世紀80年（nián）代初（chū）期（qī），由美國南卡（kǎ）羅萊（lái）納州大學的Peters WH等人提出的。數字圖像相關方法實質上是對變形前後結構表（biǎo）麵的光強分布（bù）圖采用相（xiàng）關運算，從而測（cè）量（liàng）出結構的位移（yí）。與傳統（tǒng）的（de）變形測量方法相比，數字圖像（xiàng）相關方法可進行全場（chǎng）非接觸（chù）性測量，測量精度高、測試過程簡（jiǎn）單、自動化程（chéng）度高、對測量環（huán）境（jìng）要（yào）求低。近些年來，眾多學者致力於（yú）數字圖像（xiàng）相關方法的理論研究及（jí）應用，湧現出大量研究成果，推動了該方法（fǎ）的發展。

基於DICM的（de）結構變形測試技術係統由（yóu）CCD、鏡頭、靶標和分析（xī）係統軟件組成。當待測點產生位移時，與之連接的靶標也隨之產生相應的移動（dòng）。CCD和鏡頭高頻采集靶標上的數字化圖像，再通（tōng）過計算機對（duì）采（cǎi）集到的圖像進行同步處理，計（jì）算出圖像中標靶A、B、C、D四（sì）點的中（zhōng）心坐標（biāo）的位（wèi）移，通（tōng）過（guò）換算就可以得到標靶4個點中心點的（de）實（shí）際位移，進而得到待測點的實際位移。

圖1 基於DICM的變形測試係統組成示意

基於該原理，長安大學結（jié）構智（zhì）能檢測（cè）技術研究所研發了（le）用於橋梁荷載試驗的QBD-A型結構靜動態位移測試係統和用（yòng）於橋梁長期監測（cè）的QBD-B型結構變形實時動態（tài）測試係統。QBD-A型結構位移（yí）測試係統采用高精度圖像采集器、高性能變焦長焦鏡頭及自動雲台，可實現遠距（jù）離（lí）高質量成像。經過處理可（kě）得到待測目標的靜（jìng）、動態位移以及實時動態曲線，還可實現衝擊係數、基頻及阻尼比測（cè）試。該測（cè）試係統具有如（rú）下突出優點：（1）測試精度高，百米精（jīng）度可達0.1mm，完全滿足橋梁及其他結構相對變形（xíng）測試；（2）極限測試距離大（dà）於1000m，可用於超大（dà）跨徑橋梁變形測試；（3）采用免靶標測量（liàng）模式，選點準確、便捷，極大提高工作效率；（4）實現圖像內多點捕捉，可同時測量多個測（cè）點，實現多點靜動態位移測試。QBD-A型結（jié）構位移測試係統可廣（guǎng）泛應用於橋梁荷載試驗及其他（tā）結構的相對（duì）變形測試中。

圖2 QBD-A型結構位移測試係統

圖3 QBD-B型結構變形實時動態測試係統（tǒng）

QBD-B型結構變（biàn）形實時動態測試係統基（jī）於單目視覺測（cè）量技術,通過計算機圖形處（chù）理得到待測目標（biāo）的靜、動態位移以及實時動態曲線。該（gāi）係統主要包括高性能處理器、圖像采集裝置、長焦鏡（jìng）頭、雲台、特征標誌件、測距模塊、數據傳輸模塊及分析軟件。可實時顯示結構二維變形動態時程曲線，可設置閾值，實現變形預警功能。結合無線數據傳輸係統，可實現遠程監測與控製，滿（mǎn）足結構長期監測要求。QBD-B型結構變形實時動態測試係統的研發成功，解決了（le）行業內無法進行遠（yuǎn）距離實時監測結構（gòu）變形的難題，並首（shǒu）次在我國最大的公鐵（tiě）兩用斜拉橋——滬蘇通長（zhǎng）江大橋施工監控中成功應用。

基於激光基準的橋梁撓度監測係統

激光基準圖（tú）像測量方法是將（jiāng）激光技術（shù）和視覺測（cè）量技術相結合的一種非接觸變形測量方法。激光圖像測量方法具有測量速度快、精度高、穩定性好等特（tè）點，可實現遠距離自動連續測量，近（jìn）年來廣泛應用於結構變形測量和工業生產中。

激光基準圖像測量方法是將智能激光（guāng）靶標固（gù）定在結構待測點處, 從激光器發出的基準激光束照射在接收靶標（biāo）的透射式接收屏上，形成一個（gè）帶圓形光斑的靶標圖像光圖信息，被（bèi）後置的CCD攝像機接收。CCD攝像機輸出的視頻信息經過處理單元解算處理後，得到光斑在接收屏上的幾何坐標位（wèi）置。當被測結構受外界環境的影響（xiǎng）, 沿某個方向移動了某一個位移量，則接收（shōu）靶標上（shàng）的光斑圖像（xiàng）產生相對位移。通過采集和處理前後兩次的圖像信息， 就（jiù）可解析出結構相對多維度變形信息。

基於以上原理，長（zhǎng）安大學結構智能檢測研究所研發了激（jī）光基準橋梁結構（gòu）撓度（dù）多維度智能實時監測係統。該係統基於雙激（jī）光（guāng）基準實現橋梁的多維撓度參（cān）數檢測，利用光（guāng）電檢測技術將橋梁結構的多維撓變信息轉換（huàn）為激光（guāng）光斑中心在靶標平（píng）麵上的（de）坐標變換（huàn），通過數字圖像處理技術求取出激光光斑中心的坐標信息，從（cóng）而間接解算出橋梁結構的撓變（biàn）信息（xī）。並通過無線4G-DTU實現（xiàn）數據遠程傳（chuán）輸，方（fāng）便用（yòng）戶通過Web和App進（jìn）行信息的查看（kàn）和處理。

圖（tú）4 基於雙激光基準的梁體（tǐ）結構變形監測（cè）原理

激光基準橋梁撓度（dù）多維度（dù）智能（néng）實時監測係統具有如下技術特點：（1）采用激（jī）光基準，測試精度高，穩定性好；（2）利用智能漫（màn）射靶（bǎ）標（biāo），實時性高（gāo），嵌（qiàn）入式處理能力強；（3）數據網（wǎng）聯遠程雲（yún）平台，無（wú）人值（zhí）守，實時無線監測；（4）檢測（cè）精度可達±0.1mm；（5）雲平台存儲，跨平台Web和（hé）手機APP方便（biàn）用戶進行數據查詢和處理。

基於（yú）激光基準的橋梁撓（náo）度多維（wéi）度智（zhì）能（néng）實時監測係統（tǒng），結構簡單、安裝方便、抗幹擾能力強。係統采用太陽能光伏係統供電，安裝不受環境（jìng）的限製，可實現（xiàn）全天候橋梁多維度撓（náo）度檢測。被（bèi）測橋梁的檢測數據通過GPRS/4G網絡傳輸到雲服務（wù）器終端，在Web端和手機androids端便可實現（xiàn）實時在（zài）線監測。

工程應用

橋梁荷載試驗中的（de）相對變形測（cè）試

橋梁控製（zhì）截麵位移測試是橋梁荷載試驗的重要測試（shì）內容，也是橋梁整體剛度評價（jià）的重要依據。依托某五跨鋼（gāng）管（guǎn）混凝土係杆拱橋（跨徑組（zǔ）合為（wéi）50+50+80+50+50m），采（cǎi）用QBD-A型遠距離橋梁變形測試係統進行靜態撓度測量（liàng）。整個（gè）測試過程采用無靶標測量模式，測試距離150m，焦距250mm。

圖5 測點選（xuǎn）擇（zé）示意

圖6 靜載試驗測試結（jié）果示意

測試結果表明，采用基於圖像法（fǎ）的結構變形測試（shì）係統，可以實現橋梁特（tè）征（zhēng）點的非接觸、遠距離、高（gāo）精度、免靶標多點位移測（cè）試。測試過程（chéng）中，圖像清晰，測點捕捉簡單快捷，不易脫靶，且測試結（jié）果穩（wěn）定（dìng）、精度高、速度快，極大提（tí）高了工作效率。

橋梁變形實時動（dòng）態監測

1.基於（yú）圖像法的實時動態變形監測

依托工程——滬蘇通大橋主航道橋。該橋主跨1092m，是世界上最大跨（kuà）度公鐵（tiě）兩用斜拉橋。大橋主塔高330m，采用鑽石形混凝土塔柱結構，主梁采用（yòng）鋼桁梁。其29#橋塔采用塔梁同步（bù）施工的技術方（fāng）案，如果（guǒ）采用（yòng）傳統設備對橋塔變形進行人工觀測，僅能做到對“靜態”橋塔（tǎ）的測（cè）量，無法實現動態觀測，觀測效率低、數據量少、數據時效性差，難以滿足塔梁同步施工的技術（shù）要求。

為了實時掌握橋塔施工（gōng）中的縱、橫向（xiàng）位移和扭轉特征（zhēng），在承台對角線布置兩套QBD-B型結構變形（xíng）實時動態監測係統，用於觀測橋塔順橋向變形、橫橋向變形、扭轉變（biàn）形，實現主塔位移的實時高（gāo）精度測量。該變形（xíng）實時測試係統主要由高性能處理器、圖像采（cǎi）集裝置、長（zhǎng）焦鏡頭、雲台、特（tè）征標誌（zhì）件、測距模塊、數據傳輸模塊及分析軟件組成（chéng），可（kě）實時顯示主塔的多點縱橫向位移動態（tài）時程曲線；通過設置閾值，實現變形預（yù）警功能；基於WED技（jì）術，可實現遠程測試，滿足長期監（jiān）測要求。

圖7 監測（cè）係統布置

圖（tú）8 監測係統（tǒng）軟（ruǎn）件界麵

2.基於激光法的實時動態位移監（jiān）測

金水溝九（jiǔ）龍大橋位於陝西省（shěng）渭南（nán）市合陽縣108國道1110km處，是一座大跨徑預應力混凝土連續梁橋，墩高97m。為了掌握（wò）運營期（qī）間（jiān）主梁撓度變（biàn）化情況，技術人員在主梁（liáng）安裝了激光撓度測試係統。采用雙激光檢測平台，可以實時上（shàng）傳多維度撓度（dù）信息，並（bìng）輔以監（jiān）測軟件進行全程撓度監測。檢測數據可通過網絡傳輸到雲（yún）服務器終端，在Web端和androids端實現對被檢測橋梁的實時在線監測（cè）和狀態預警與評估。

圖9 WEB端橋（qiáo）梁多維度撓度數據曲線

測試結果表明，基於激光基準的多維撓度檢測（cè）係統能夠實現（xiàn）橋梁撓度的多維度參數高（gāo）精度、全天候、實時檢測（cè），采用網絡化（huà）方式，檢測參（cān）數實（shí）時傳輸。係統具有傳輸能力強、覆蓋（gài）範圍大、運維成本低的優勢（shì），基於雲平台的數據存儲和處理，可以實現數據的遠程顯示、查詢（xún），並能夠實現橋梁（liáng）結構狀（zhuàng）態的（de）自動預警，為未來大型（xíng）基礎設（shè）施的信息（xī）化提供了基礎，對提高工程結構的運營效率（lǜ），保障（zhàng）結構（gòu）的安全具有重要意義。

產品優勢

（1）基於圖（tú）像技術的結構變形測試新技術克服了傳統測（cè）試技術的缺陷，具有測試精度高、測量距（jù）離（lí）遠、免（miǎn）靶標、多（duō）點目（mù）標捕捉和實時（shí）動（dòng）態測量等突出優勢，可廣泛應用於橋（qiáo）梁荷載試驗、橋梁（liáng）施工監控和健康監測等長期變形監測中。

（2）基於激光技術的結構變形（xíng）測（cè）試新技術，為橋梁結構實時動（dòng）態測（cè）量提供了一種新的手（shǒu）段。該技術具有穩定性好、實時性高、精度（dù）高等優點，安裝方便、成本低等特點。結合數據網聯遠程（chéng）雲平台係統，可實現遠（yuǎn）程變（biàn）形實時（shí）動態采集和分析。

（3）兩類結構變形測試新技術已在國內大型橋梁工程的（de）荷載試驗和長期監測中推廣應用，其優良的技術指標得到應用單位的高度認可，具有（yǒu）廣闊（kuò）的工程（chéng）應用前景和技術推廣價值。