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理论研究水利技术监督2013年第2期

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水电站压力钢管摄影测量及逆向建模分析

张瑞杰1李东明2

(1.新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆鸟鲁木齐830000;

2.水利部水工金属结构质量检验测试中心，河南郑州450044)

【摘要】数字摄影测量系统具有非接触测量，动态性能好、检测速度快、受外界环境影响小等，特别适合于形面的快速检测，本文针对某水电站压力钢管局部变形区域进行摄影测量，运用测量点的三维坐标进行数学建模，根据工程需要得出丰富的数据，取得了良好的效果。

【关键词】数字摄影测量系统；检测；逆向；数学建模【DOI编码】10.3969/j.issn.1008-1305.2013.03.011

【中图分类号】TV732.4【文献标识码】B【文章编号】1008-1305(2013)03-0036-04

VSTARS系统，作为工业摄像测量系统，特别适用于缺乏纹理的金属表面测量。

1数字摄影测量简介

1.1基本原理

数字摄影测量的基本原理是从两个或多个位置拍摄同一工件，以获取在不同视角下的图像，通过三角测量原理计算图像像素间的位置偏差即视差来获取被测点的三维坐标。图1中左图是同一相机在两个位置拍摄同一物体时的情况，右图是物方空间与像方空间的一一对应关系。

1.2V-STARS摄影测量系统的基本组成

摄影测量系统V-STARS时至今日已发展到第8套系统，其基本配置为：1台智能相机、1台笔记本电脑、1套系统软件、1套基准尺、1根定向工棒和1组回光标志组成，如图2所示。

1.3摄影测量的特点

摄影测量系统因为具有以下优点，所以适用性比较广。

(1)测量精度高，在10m范围内其测量精度可以达到0.06～0.08mm。

(2)非接触式测量。

(3)测量速度快。

(4)便携式、灵活、应用面广。

(5)可在狭小空间测量。

(6)受温度影响小，可在震动环境工作。

(7)不需要稳定的测量平台。

(8)设备灵巧，可在任意环境下启动。

(9)(自动化程度高，对作业员的技能要求低。

2工程概况

该水电站为典型的长压力管道引水式电站，水电站单机设计引用流量33.3m3/s,设计水头154m,安装3台(套)单机容量为44MW的立轴混流式水轮发电机组，总装机容量132MW。工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等，压力管道等主要建筑物级别为3级。

作者简介：张瑞杰(1965年-),男，高级工程师。

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理论研究水利技术监督2013年第2期

工程区地震动峰值加速度为0.2g,相当于VⅢ度地震基本烈度区。主要建筑物地震设防烈度为8度。

该水电站引水系统为单机单管方式，直径为4m,单根总长度约为2006m。钢管沿线每150m设置1个镇墩，两个镇墩之间设置伸缩节室，伸缩节长度1.6m,单管设置12个；距厂房70m和120m两个跨断层处，分别设置了长度为7.0m波纹管伸缩节，可适应最大的断层错动变形，3根钢管共设置6个。图3为压力管线局部平面布置图。

设计中考虑到冬季防冰冻的问题，,要求钢管上部覆盖土层约2m。钢管上部土层在压力前池以下约170m范围内为覆盖堆积土层，其余为回填土层

形式。本次发生的钢管变形位置，位于压力前池以下约100m左右的范围内。

3测量任务及目的

经过两年的运行，压力钢管上平段局部出现了褶皱状塑性变形。为了分析钢管变形对运行带来的影响，经过论证，决定采取有限元结构分析的技术手段，对变形后的钢管进行复核计算，并结合变形区域的修复，作出钢管是否具备安全运行的评价。本次测量任务是针对变形区域选择典型管段进行测量，得出变形图和截面图，为变形后的钢管刚度和强度分析以及变形部分的处理方案提供依据。

△

△

像方空间

X物方空间Vyz

图1数字摄影测量的基本原理示意图图2V-STARS摄影测量系统基本组成

图3压力管线平面布置图(局部)

4测量方案

4.1总体思路

采用V-STARS摄影测量系统进行现场检测，以获取待测钢管内壁上的测量点的三维坐标，利用数据后处理软件(PolyWorks/UG软件)进行数学建模。

4.2具体流程

(1)在待测管道内壁上粘贴摄影RRT标志。

(2)现场对表面的RRT标志进行交向摄影。

(3)用V-STARS摄影测量软件对图像进行处