三維激光掃描儀與探地雷達(dá)在古橋探測中的應(yīng)用

　　隨著時代發(fā)展，運輸業(yè)的發(fā)達(dá)導(dǎo)致大型貨車增加，如今的古橋面臨著比過去更大的環(huán)境壓力，有更多潛在的危險因素會破壞橋體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，這些橋梁要定期監(jiān)測，防止橋體結(jié)構(gòu)的惡化和交通事故發(fā)生。很多古橋?qū)儆跉v史文化遺產(chǎn)，不能隨意的拆遷和重建，所以，對此類古橋進(jìn)行評估檢測對促進(jìn)古橋的保護(hù)和恢復(fù)有著十分重要的意義。

　　《邯鄲農(nóng)業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報》(季刊)創(chuàng)刊于1979年，是《數(shù)學(xué)與研究》的改刊，創(chuàng)刊于1979年。辦刊宗旨是：堅持黨的教育方針，宣傳黨和國家的有關(guān)農(nóng)業(yè)政策，為發(fā)展我國高等農(nóng)業(yè)教育、農(nóng)業(yè)科技服務(wù)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的提高和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

　　三維激光掃描儀與探地雷達(dá)可以分別獲取橋體外部和內(nèi)部信息，激光掃描儀可以對目標(biāo)體進(jìn)行掃描生成帶有坐標(biāo)信息的激光點云，可以對橋體的外形及結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的建模及分析。探地雷達(dá)是一種可以穿透目標(biāo)體進(jìn)而探測生成橋體內(nèi)部的雷達(dá)圖像的探測設(shè)備，可提供橋體內(nèi)部非常有價值的信息。因此，在橋梁的檢測和評估方面，激光掃描儀與探地雷達(dá)結(jié)合應(yīng)用可以對橋梁的檢測與保護(hù)發(fā)揮很大的作用。本文依據(jù)三維激光掃描儀和探地雷達(dá)各自的技術(shù)特點，對古橋探測的過程中兩種技術(shù)結(jié)合應(yīng)用進(jìn)行了研究和探索。

　　1 數(shù)據(jù)采集和處理

　　1.1 激光數(shù)據(jù)采集與處理

　　本試驗中采用的激光為FARO FOCUS3D激光掃描儀。這款激光掃描儀的測及范圍為0.6～120米，掃描頻率為976000點/秒，掃描精度為2毫米。為獲取整個橋體側(cè)立面的數(shù)據(jù)，采集3站數(shù)據(jù)，每站之間放置目標(biāo)靶球作為激光點云后期拼接的參照。靶球放置的原則是每兩個掃描站點之間至少要共視3個或以上成三角形狀的球狀靶標(biāo)。

　　1.2 探地雷達(dá)數(shù)據(jù)采集與處理

　　探地雷達(dá)的數(shù)據(jù)采集是采用瑞典的MALA系列探地雷達(dá)。分別采用250兆赫和500兆赫的屏蔽天線對橋體進(jìn)行探測。采用不同頻率的天線是因為要探測合適的深度的同時還要保證一定的精度，所以，采用不同的天線來尋找最合適的天線頻率。將獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、濾波等處理。使用的軟件為ReflexW v5.0，處理目的是減少原始數(shù)據(jù)中的雜波和噪音等不必要的信息，放大需要分析的信息，使得雷達(dá)圖像的解譯和分析更加容易。

　　2 數(shù)據(jù)結(jié)果處理與分析

　　2.1 探地雷達(dá)數(shù)據(jù)分析及幾何信息驗證

　　結(jié)合實地考察，看到橋洞下面長滿了藤類植物及苔蘚，這種規(guī)則的強(qiáng)反射平行波可能是含水量增大的表現(xiàn)，部分原因可能是裂縫被植物根部侵襲，最大可能是橋體內(nèi)部存在積水。這兩種因素共同造成了探地雷達(dá)圖像中介質(zhì)含水量增加的情況。由于天線頻率越高，探測的精度越高，但同時信號干擾也越強(qiáng)，雜波越明顯。

　　所以，雖然500兆赫的波形在圖像中顯示的信號反射更明顯，但是橋洞頂端邊界的圖像受到的干擾也比較多，顯得不易精確辨認(rèn)。由于250兆赫的橋拱拋物線波形邊界更為清晰銳利，所以選擇250兆赫的圖像中左起第一、第二兩個橋拱的圖像作為探地雷達(dá)實測幾何信息的驗證。

　　2.2 橋體平均介電常數(shù)的推算

　　3 結(jié)論

　　本實驗利用三維激光掃描儀與探地雷達(dá)對石拱橋的探測做了初步的研究和探索，驗證了探地雷達(dá)與激光掃描儀結(jié)合評估與檢測古橋的可行性和有效性。這些信息均可作為從事橋梁維護(hù)與保養(yǎng)的土木工程師作為參考。