工程结构数字图像法检测标准化技术

随着我国城镇化的迅速发展与基础设施的快速建设，存量工程结构数量大量增加，结构维护的工作量与复杂度增大，既有结构的检测鉴定与长期监测成为工程结构领域的重要工作。对于混凝土结构、砌体结构、钢结构等常见类型的工程结构而言，结构与构件尺寸、表面裂缝、倾斜与挠度、局部几何变形、动态位移等属于安全性检测鉴定最重要的指标，能敏感地反映出既有结构的受力状态，是完成结构承载力分析、评价结构受力性能的重要依据。

数字图像检测作为近年来新兴的检测方法，以其非接触、高精度、方便快捷、平台扩展性强、与人工智能技术衔接良好等优势，在工程结构检测领域呈现出越来越广泛的应用前景。目前，数字图像法已成功应用于结构表面裂缝检测、结构与构件的尺寸与变形测量、桥梁结构动静态位移测量以及实验室环境的应变测量等方向，应用效果良好，一方面推动传统工程检测技术的应用创新，另一方面引领基础方法与应用技术的科研创新。

为规范工程数字图像法检测技术的应用，做到技术先进、数据可靠、安全适用、经济合理，中冶建筑研究总院有限公司（国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心）编制了《工程结构数字图像法检测技术规程》T/CECS 1114-2022（发布日期：2022-07-08，实施日期：2022-12-01），规程围绕总则、术语和符号、基本规定、数字图像获取、数字图像预处理以及检测内容进行描述，检测内容具体包括裂缝检测、尺寸与变形测量、位移测量与应变测量。

传统的表面裂缝损伤与缺陷检测主要依赖人工手段，方法操作费时、费力，识别结果具有一定主观性，现场操作存在高空作业等安全隐患。自本世纪初，随着各类硬件设备水平的提高，基于数字图像、超声波、雷达波等多种手段的结构损伤识别方法被广泛研究并付诸应用。对于结构表面的裂缝与损伤检测，数字图像处理的方法由于其方便可靠、易于操作，具备远程、非接触式的特点，在实际应用中具备较大的优势；同时，数字图像法可以实现对结构位移、变形的便捷测量，提高检查效率。《工程结构数字图像法检测技术规程》T/CECS 1114-2022中，对裂缝检测划分为数字图像预处理、裂缝识别与提取、裂缝宽度与长度计算、裂缝分布与结果表达等步骤，完整执行操作步骤可获得定量准确的裂缝检测结果。

结构尺寸与变形测量属于长度与空间变形测量内容，具体的几何尺寸指标包括长度、宽度、高度、位置、截面特征等，变形指标包括构件倾斜度、挠度、屈曲等。结构尺寸与变形测量的传统测量手段丰富，如接触式的尺测、非接触式的全站仪与三维激光扫描测量等。在工程结构检测现场，为方便、快捷地获取结构尺寸与变形测量结果，对简单的长度指标采用单张照片测量、利用已知长度修正，对复杂的长度指标与空间变形指标采用多视角几何三维重建测量、利用已知成像模型参数或已知长度进行修正，不仅技术操作方便，同时精度能满点工程检测的要求。《工程结构数字图像法检测技术规程》T/CECS 1114-2022从测量手段入手，对结构尺寸与变形的单视角测量、双视角测量与多视角测量进行了详细的描述与约定。

既有桥梁工程在荷载试验与长期监测中，结构动静态位移指标对反映桥梁力学性能状态具有非常重要的意义。对位移指标的测量与检测，接触式方便虽然具有技术成熟、成本低廉的特征，但现场安装操作不便、长期监测困难，近年来呈现出被非接触式测量手段取代的趋势。采用激光、可见光等手段进行位移测量，设备架设方便、远程测量可操作性强，采用亚像素插值方法满足高精度测量要求，采用工业高频成像设备满足动态高频采样要求，在保证成像光路环境稳定的情况下，可实现高精度检测与长期监测。《工程结构数字图像法检测技术规程》T/CECS 1114-2022对数字图像法位移测量的站点选择、测量过程、数据计算以及结果记录进行了详细的描述与约定。

实验室环境中基于单目、双目的应变场测量已经在国内各高校与研究机构广泛应用。相比于应变的机械测量、电阻法测量、振弦法测量等常用方法，数字图像法测量的颠覆性优势在于整场应变测量。例如在混凝土剪力墙抗侧试验中，数字图像法应变测量结果可完整展示出整个墙体表面的应变场分布，轻易观察出主应力的分布发问。但由于测量硬件水平要求较高，数字图像法应变测量在目前多用于实验室条件，《工程结构数字图像法检测技术规程》T/CECS 1114-2022也以实验条件作为应用条件限制。