专利名称：一种桥梁构件几何线形检测方法
技术领域：
本发明涉及一种桥梁工程施工检测控制技术和桥梁养护检测技术，尤其是一种桥 梁构件几何线形检测方法。
背景技术：
大型桥梁的空间线形是反映桥梁是否正常工作的重要依据。桥梁线形检测是桥梁 施工控制、竣工验收以及在用桥梁检测的重要工作。大垮径桥梁的主要构件包括桥梁墩台、塔柱、梁体及桥面、绳索构件等。在施工、使 用过程中，它们的空间线形处于不断的变化状态。我国每年大约有数以万计的大桥和特大 桥需要进行技术性能检测和评估。定期、快速、准确掌握道路桥梁的基本情况，对于交通设 施的管理和利用具有重要意义。但是，现有的检测技术与方法不能满足大跨度桥梁的施工 和维护对构件线形的快速、准确、实时化和数字化检测的要求，存在的主要缺陷有1、检测线形单一，主要集中在桥面线形的检测；2、全站仪免棱镜法因目标点不明确，精度较低；3、基准点方案和观测方案各异，作业的标准化模式化程度不高，因而可靠度不高， 效率较低；4、外业一般单台全站仪作业，效率很低；5、外业和内业计算分离，手工记录计算为主，效率低下；6、缺乏统一的计算方法和快速的计算手段。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是，怎样提供一种检测速度快，精度高，可靠性高，标 准化，模式化的桥梁构件几何线形检测方法。为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案一种桥梁构件几何线形检测方法，其特点在于，包括以下步骤a、在待检测桥梁构件的几何特征线上确定并标定若干检测点，在各检测点上安装 反射瞄准装置(一种专用靶标)；所述反射装置由照准靶标和基座组成，所述照准靶标包括 一个竖向设置的反射片，所述反射片具有两个圆形的端面，反射片一端端面设置有反射层， 反射片另一端端面沿径向向外延伸设置有一个连接螺栓，所述反射片上反射层所在一端由 一条水平直径和一条竖直直径构成的十字线分为四个区域，在四个区域中相对的两个区域 内由涂抹的反射材料形成反射层；所述基座包括一个与照准靶标上的连接螺栓匹配的连接 螺母，所述连接螺母下方设置有一转向杆，转向杆采用延展性较好的材料如钨或铝等制成， 对转向杆施力可使其向任意方向弯曲，转向杆下方设置有连接部，所述连接部为插入型、粘 结型或捆绑型，具体地说，所述插入型的连接部具有一锐利的尖端，适用于安装在木材构件 上；所述粘结型的连接部具有一下方设置粘结层的平板，适用于安装在金属或者水泥构件 上；所述捆绑型的连接部具有一捆绑带，适用于捆绑式地安装在细长条的构件上。
b、在待检测桥梁的四周安装三个呈三角形布置的观测强制对中基座；所述观测 强制对中基座，可以设置在待检测桥梁附近区域的桥台、桥墩基础、岸边出露基岩或者稳定 建筑物上，观测强制对中基座通过钢筋混凝土座与地基构造物连接，可保证对中误差小于 0. Imm;使用完毕后加盖保护。所述四周是指在全站仪的有效使用范围内。所述观测强制对 中基座自身也为现有技术。C、采用三台全站仪分别置于上述三个观测强制对中基座上，并以该三个观测强制 对中基座为基点，进行互为目标的对向3D观测。借助计算机建立3D空间坐标系并计算三 基准点的精密3D空间坐标。d、然后再通过在三个基点上的三台全站仪对a步骤中确定的若干检测点上的反 射装置进行3D观测(例如观测一个三要素测回)，计算机获得所述若干检测点的3D空间 坐标；再在三个观测强制对中基座上分别安装反射装置，挪动任意全站仪至新的观测点位 置，通过此观测点对三个观测强制对中基座上的反射装置进行观测(例如观测一个三要素 测回)，计算机计算获得此观测点全站仪中心的3D空间坐标。在此点上对a步骤中确定的 若干检测点上的反射装置进行3D观测(例如观测一个三要素测回)，计算机计算获得所述 若干检测点的3D空间坐标。e、多次重复步骤d中，挪动任意全站仪至新的观测点并对所述若干检测点上的反 射装置进行3D观测获得所述若干检测点的3D空间坐标的部分，能使所述若干检测点的每 个检测点均得到多个3D空间坐标，计算其平均值，获得所述若干检测点的精确3D空间坐 标。f、基于上述步骤获得的所述若干检测点的精确3D空间坐标，拟合计算并得到待 检测桥梁构件的几何特征线；将该检测出的实际几何特征线与设计时的几何特征线对比， 从而得到偏差大小，用作施工控制或者养护的依据。另外，本技术方案，在步骤a中，所述的桥梁构件，是指梁、拱、塔拄、拉索等。在受 力情况下，这些构件的线形呈复杂的曲线。所述几何特征线包括表面轴线、几何中心轴线、 轮廓线和横断面线等等。识别与标定方法为1、桥面中轴线桥面横断面的几何中心；2、 拱轴线拱圈侧面中心线；3、梁体轮廓线外部转折线；4、塔、柱中心线横截面中心点连线 (质心法)；5、索轴线横截面中心点的连线。所述确定的若干检测点，可以在特征线上根据 精度需求等距地确定，一般情况下，可以每间隔一定距离(如10米)确定一个检测点，可以 保证最终拟合结果的精度。所述反射材料为现有技术的一种材料，优选对红外光波的反射 性能好的反射材料。在步骤b中，采用设置观测强制对中基座，可保证对中误差小于0. Imm;在步骤c 中以观测强制对中基座为基点确定特征线检测点3D空间坐标，可确保其精确度，其相对三 基点的精度可达2mm。步骤c中，怎样采用计算机进行观测值的平差计算并建立3D空间坐 标属于本技术领域公知常识。具体地说，以该基站两测回对向观测值，组成平面和高程误差 方程。可以任意一点为基点，该点的两个方向的任意一个方向为固定方向。进行自由网平 差计算，得到三基点的3D空间控制坐标。所述算法均为现有算法，在本发明公开的方法步 骤的教导下，计算机领域技术人员无需付出创造性劳动即可实现。所采用的全站仪也是属 于现有仪器，本发明对现有技术作出贡献地方在于对全站仪的使用方法上，而不在于全站 仪自身。
在步骤d中，在观察各反射装置时，需要先转动照准靶标使反射片的反射层对准 全站仪，具体地说，可以通过旋转照准靶标的连接螺栓调节反射片的左右角度，通过转向杆 调节反射片的上下角度，使得反射片与观察线垂直并使十字线中水平直径保持水平，这样 可以保证观察的准确。所述反射片的大小可以根据全站仪位置的远近进行调节，一般情况 下直径可为2-5cm。其中，反射装置独特的结构设置，使得其调节方便，使用灵活，保证观察 结果的准确。步骤d中计算特征点的3D空间坐标的方法，也是属于现有技术。其中计算三 台全站仪自身的3D空间坐标时可采用3D测边网自由网平差算法进行计算，计算检测点的 3D空间坐标时可采用3D空间矢量算法进行计算，对于本领域人员而言，在本发明方法步骤 教导下均无需付出创造性劳动即可实现。步骤e中采用多次测量算平均值，可以进一步提 高点位精度。所述步骤f中的计算方法于现有技术，借助计算机实现，当得到待检测桥梁构 件的几何特征线，即可将该检测出的实际几何特征线与设计时的几何特征线对比，从而得 到偏差大小，用作施工控制或者养护的依据。综上所述，相对于现有技术，本发明具有以下优点1、本方法中通过建立三个观测强制对中基座作为基点，并基于该三基点采用三台 全站仪建立3D空间坐标系与空间基线，使得相对精度满足构件线形检测要求，同时基于该 3D空间坐标，采用三台全站仪多次测量算平均值的方式得到各特征点的3D空间坐标，使得 相对精度可进一步提高，故保证最终测得的结果具有很高的精度，使得监控更准确。具有可 靠性高，精确度高的优点。2、本方法确定好三基点后，测量各几何特征线时，均只需采用反射装置标定该几 何特征线，基点选择得当时三台全站仪基本不动既可一次完成，全站仪无需移动、搬运(如 过河)，只需30-40分钟即可完成，而采用一台全站仪并按照其自身操作方法进行检测的话 需要4-5小时，故本方法具有检测速度快的优点。3、本方法中采用的反射装置，其结构为申请人自主设计，其结构简单，价格便宜， 调节方便，可以保证检测精度。4、本方法是桥梁构件线形检测工作的模式化、标准化。对桥梁的任何构件线形都 能检测，任何条件下的操作都基本相同，实施便捷；采用计算机软件程序使得桥梁构件线形 检测与线形计算一体化、实时化；采用计算机显示，使得构件线形差异对比实时化、可视化； 另外，本发明还使得构件线形测量与线形计算实现数字化与无纸化操作。


图1为具体实施方式
中，待测桥梁、三基站以及三全站仪的布置结构示意图。图2为具体实施时，所述反射装置的结构示意图，本具体实施方式
中反射装置连 接部位粘结型。图3为图2左视图。图4为反射装置实施时，连接部位为插入型时的结构示意图。图5为反射装置实施时，连接部位为捆绑型时的结构示意图。图中，1为待测桥梁，2为检测点，3为观测强制对中基座，4为全站仪，5为桥下河 流，6为反射片，7为反射层，8为连接螺栓，9为连接螺母，10为转向杆，11为连接部。
具体实施例方式下面以具体实施时，检测桥面中轴线为实例，结合附图对本发明做进一步详细说 明。如图1所示，本具体实施方式
为检测待测桥梁1的桥面中轴线，实施时依次执行以 下步骤a、在待测桥梁1的待检测桥面中轴线上按照平均10米距离确定若干检测点2，在 各检测点2上安装反射装置；所述反射装置结构如图2、图3所示，由照准靶标和基座组成， 所述照准靶标包括一个竖向设置的反射片6，所述反射片6具有两个圆形的端面，反射片6 一端端面设置有反射层7，反射片6另一端端面沿径向向外延伸设置有一个连接螺栓8，所 述反射片6上反射层所在一端由一条水平直径和一条竖直直径构成的十字线分为四个区 域，在四个区域中相对的两个区域内由涂抹的反射材料形成反射层7;所述基座包括一个 与照准靶标上的连接螺栓8匹配的连接螺母9，所述连接螺母9下方设置有一转向杆10，转 向杆10采用延展性较好的材料如钨、铝等制成，对转向杆10施力可使其向任意方向弯曲， 转向杆10下方设置有连接部11，所述连接部10为粘结型，具体地说，所述连接部具有一下 方设置粘结层的平板，用于粘结安装在检测点上；b、在待检测桥梁1的四周安装三个呈三角形布置的观测强制对中基座3 ；所述观 测强制对中基座3，可以设置在待检测桥梁附近区域的桥台、桥墩基础、岸基岩或者稳定建 筑物上，观测强制对中基座3通过钢筋混凝土座与系基构造物连接；C、采用三台全站4仪分别置于上述三个观测强制对中基座3上，并以该三个观测 强制对中基座3为基点，借助计算机建立3D空间坐标系；d、然后再通过在三个基点上的三台全站仪4对a步骤中确定的若干检测点上的反 射装置进行3D观测，计算机获得所述若干检测点的3D空间坐标；再在三个观测强制对中基 座3上分别安装反射装置，挪动任意全站仪至新的观测点位置，通过此观测点对三个观测 强制对中基座3上的反射装置进行观测，计算机计算获得此观测点全站仪中心的3D空间坐 标，在此点上对a步骤中确定的若干检测点上的反射装置进行3D观测，由计算机计算获得 所述若干检测点的3D空间坐标；e、多次重复步骤d中，挪动任意全站仪至新的观测点并对所述若干检测点上的反 射装置进行3D观测，获得所述若干检测点2的3D空间坐标的部分，使所述若干检测点的每 个检测点均得到多个3D空间坐标，计算平均值，获得所述若干检测点2的精确3D空间坐 标；f、基于上述步骤获得的所述若干检测点2的精确3D空间坐标，拟合计算并得到待 检测桥面的中轴线；将该检测出的中轴线与设计时的中轴线对比，从而得到偏差大小，用作 施工控制或者养护的依据。图4为反射装置实施时，连接部位为插入型时的结构示意图。这种结构的反射装 置，适用于在木质材料上安装。图5为反射装置实施时，连接部位为捆绑型时的结构示意图。这种结构的反射装 置，适用于在细长条形构件上安装。
权利要求
一种桥梁构件几何线形检测方法，其特征在于，包括以下步骤a、在待检测桥梁构件的几何特征线上确定若干检测点，在各检测点上安装反射装置；所述反射装置由照准靶标和基座组成，所述照准靶标包括一个反射片，所述反射片具有两个圆形的端面，反射片一端面设置有反射层，反射片另一端面沿径向向外延伸设置有一个连接螺栓，所述反射片上反射层所在端面由一条水平直径和一条竖直直径分为四个区域，在四个区域中相对的两个区域内由涂抹的反射材料形成反射层；所述基座包括一个与照准靶标上的连接螺栓匹配的连接螺母，所述连接螺母下方设置有一转向杆，转向杆下方设置有连接部；b、在待检测桥梁的四周安装三个呈三角形布置的观测强制对中基座；c、采用三台全站仪分别置于上述三个观测强制对中基座上，并以该三个观测强制对中基座为基点，进行互为目标的对向3D观测，借助计算机建立3D空间坐标系并计算三基准点的3D空间坐标；d、然后再通过在三个基点上的三台全站仪对a步骤中确定的若干检测点上的反射装置进行3D观测，计算机获得所述若干检测点的3D空间坐标；再在三个观测强制对中基座上分别安装反射装置，挪动任意全站仪至新的观测点位置，通过此观测点对三个观测强制对中基座上的反射装置进行观测，计算机计算获得此观测点全站仪中心的3D空间坐标，在此点上对a步骤中确定的若干检测点上的反射装置进行3D观测，由计算机计算获得所述若干检测点的3D空间坐标；e、多次重复步骤d，使所述若干检测点的每个检测点均得到多个3D空间坐标，计算平均值，获得所述若干检测点的精确3D空间坐标；f、基于上述步骤获得的所述若干检测点的精确3D空间坐标，拟合并得到待检测桥梁构件的几何特征线；将该检测出的实际几何特征线与设计时的几何特征线对比，从而得到偏差大小，用作施工控制或者养护的依据。
2.根据权利要求1所述的桥梁构件几何线形检测方法，其特征在于，所述连接部为插 入型、粘结型或捆绑型；所述插入型的连接部具有一锐利的尖端，适用于安装在木材构件 上；所述粘结型的连接部具有一下方设置粘结层的平板，适用于安装在金属或者水泥构件 上；所述捆绑型的连接部具有一捆绑带，适用于捆绑式地安装在细长条的构件上。
全文摘要
本发明公开了一种桥梁构件几何线形检测方法，包括以下步骤a、在待检测桥梁构件的几何特征线上确定若干检测点，在各检测点上安装反射装置；b、在待检测桥梁的四周安装三个呈三角形布置的强制对中观测基座；c、采用三台全站仪以该三个观测强制对中基座为基点，通过同步对向3D观测，借助计算机建立3D空间坐标系，获得三基准点的精密相对3D空间坐标；d、三台全站仪在三个基准点上对目标构件特征线上的反射装置进行观测；e、多次重复步骤d，通过计算机软件再获得所述若干检测点的3D空间坐标；f、计算机拟合并得到待检测桥梁构件的几何特征线的空间线形。本检测方法具有速度快，可靠性高，全过程无仪器拆卸安装，因而精度更高等特点。
文档编号G01B11/24GK101915558SQ20101024827
公开日2010年12月15日 申请日期2010年8月9日 优先权日2010年8月9日
发明者冯晓, 沈小俊 申请人:重庆交通大学