基于无人机摄影测量的房屋裂缝智能检测技术分析

彭仕永

（贵州省建材产品质量检验检测院，贵州 贵阳 550014）

0 引言

房屋裂缝对构件保护层保护钢筋的效用产生了影响，加快了钢筋腐蚀的速度，使构件的耐久性和刚度迅速下降。以往检测房屋裂缝的方式主要是结合仪器量测和人工目测，采用裂缝卡和读数显微镜等进行测量，有的时候利用望远镜、车载检测设备等远程观测程裂。当前存有的检测方式虽然使用原理比较简单，但是在实际运营期间存在很多不足，具体如下：①工作量大使用效率不高。②检测结果过于依赖工作人员的经验，容易出现主观失误。③检测高层建筑外立面和大跨桥梁底面的时候，往往需要工作人员开展登高作业，具有相应的安全隐患。近几年，无人机因为具备使用成本低、环境适用性强、操作灵活等特点，经常被用于辅助进行各种高危工作。

1 房屋裂缝产生的原因

1.1 地基的影响

倘若房屋的地基均匀性不强，或者是地基为松软土质，就会致使房屋出现沉降的情况，倘若地基沉降，在沉降期间就会导致房屋出现变形的情况，改变地基的高度，增加了墙体的受力，进而出现房屋裂缝[1]。

1.2 荷载产生的裂缝

在建筑物受到很强的外力作用时，一旦无法承受就可能导致房屋出现裂缝。又或者在施工期间导致的裂缝，在构件运行途中出现很大震动时，或者是承受了很大的外力，就会导致出现裂缝。

1.3 温差

温差是导致房屋早期出现裂缝的主要因素之一。温差裂缝的严重程度和环境温度差有密切联系，温差很大就会出现比较严重的裂缝，温差较小裂缝也就相对较轻，房屋具有很好的保温隔热性能裂缝就轻，反之裂缝就会很重。这种类型的裂缝经常出现在房屋，尤其是纵向很长的建筑物门窗洞两边、砌体墙根部、混凝土平屋盖顶层两端内外纵墙上。温度裂缝通常发生于混凝土上，没有相应的规律，大部分都产生在浇筑混凝土的早期。因为砖砌体和混凝土的线膨胀系数存在一定差异，在温度差的作下，砌体与混凝土间的变形差致使构件中出现温度应力，混凝土顶盖出现较大的变形，而墙体变形较小，致使混凝土屋盖与砖砌体间出现了约束应力。在环境温度变高的时候，导致无盖受到压力，而墙体受剪、受拉。在约束作用下构件温度应力特别大的时候，高于砌体的抗剪和抗拉强度的时候就会出现裂缝，这就是产生温度裂缝的主要原因。

1.4 干燥收缩开裂

毛细管压力会直接导致混凝土出现干燥收缩开裂等现象。混凝土中存在的毛细管孔隙会在其干燥期间逐渐失去水分，毛细管也慢慢变形，出现较大的张力，混凝土体积出现收缩的情况。倘若混凝土中的用水量变多，增加水灰比，就会增多毛细管的孔隙，加大混凝土体积的收缩，从而出现干燥收缩开裂。另外在混凝土出现收缩变形情况的过程中，因为附近出现了约束力，里面出现应力，并且高于混凝土的抗拉强度时，就会出现收缩裂缝。

1.5 塑性收缩

根据相关的施工建设研究显示，如果遇到特殊天气，比如高温、干燥和大风等天气的影响，混凝土表面可能会产生特殊的裂缝，这种形式的裂缝两端比较细，中段宽度比较大，而且长度不一样。这样的裂缝就属于塑性收缩裂缝。引发这种裂缝的主要因素是混凝土在终凝前的强度不高，在遇到高温、干燥以及大风等天气时，可能会导致其表面水分严重缺失，从而出现很大的干缩，在内部负压影响下出现的收缩力高出抗拉极限，就会出现塑性收缩裂缝。

1.6 施工工艺的影响

首先，在实际开展施工活动的时候，使用的施工技术不合理也会致使出现房屋裂缝。倘若在对混凝土进行搅拌、灌注、振捣等各种工序时操作不当，就会对混凝土的均匀性和密实度产生严重影响，导致产生缺陷而引发裂缝。其次，如果混凝土浇筑模板存在问题也会导致出现裂缝，模板出现漏洞或者是不完整、表面有坑洼，就会引发漏浆、漏水等状况。其次，如果裸露在外的钢筋出现了损害、移位以及弯曲等情况，也会使房屋出现裂缝。最后，后期对房屋的养护不合理，就会导致水泥发生结石的情况，或者混凝土干缩，以此引发房屋裂缝。房屋遭到长时间的暴晒、暴雨，而后期又没有做好科学合理的养护工作，就会导致房屋出现裂缝。

2 无人机摄影测量技术概述

2.1 和以往摄影测量的不同

无人机摄影测量技术属于一种先进的技术方式，并在实际运用中获得了十分理想的效果，具有很大的发展潜力。此项技术有关的摄影测量，主要是利用获得被测建筑物所有摄站点全方位影像的方式，来建立三维实景模型，以此深入分析测量期间摄影区域的性质、场景模拟以及横断面等特点，并将其充分展现出来；如果在测量期间使用以往的摄影测量技术，就应充分考虑测量区域所有摄站点的中心投影影像，从而通过处理之后获得正射影像并进行使用，掌握被摄影建筑物的具体特点，比如地理位置、性质、形状等。所以，对比以往的摄影测量技术，无人机摄影测量技术还是有很大不同的，传统技术能够形成可正射影像，而无人机摄影测量技术在获得正射影像的基础上还可以建立三维实景模型[2]。

2.2 无人机摄影测量技术的缺点

在应用有人机和无人机摄影测量的时候，必须要对它们之间的优缺点具有相应的掌握。当中，在实际使用无人机摄影测量时，其呈现出了活动影响小、时效性明显、灵活性强等优势，其缺点是飞行时测量区域小、留空时间短；有人机摄影测量的优点是摄影姿态稳定、范围广，缺点是申请飞行流程烦琐、成本高、飞行期间拍摄时间受限等。所以，必须要结合具体状况，重视配合使用这两种摄影测量技术。

2.3 无人机摄影测量技术的特点

2.3.1 可以反映地物实际情况并进行测量

使用无人机摄影测量技术可以获得被测量建筑物的高度、方位等三维信息，这样就可以将被测量建筑物呈现出特别真实的效果，对比以往的人工模型可以发现，此项技术具备较强的仿真性能，并且还可以提升作业效率。

2.3.2 高性价比

此项技术可以全方位测量空间位置，同时获得有关的三维影像信息，另外还可以输送各种信息数据。在可以满足以往使用航空摄影测量要求的基础上，还能够采集很多的信息数据。同时在建立三维模型的时候，还能够通过无人机摄影测量技术节约成本。

2.3.3 工作效率高

无人机摄影测量技术可以通过最快的速度建立三维模型，进而大幅度减少人工建立模型的时间，这样就能够提高工作效率。

3 无人机摄影测量技术介绍

3.1 无人机摄影建立三维模型步骤

外部和内部是通过摄影测量技术建立三维模型的重要组成内容。而具体工作主要有控制现场图像、收集无人机图象信息；在内部建立三维模型的时候，主要包含下面3点内容[3]：①科学合理的分布被测建筑物控制点，通过立体测绘技术对其平面坐标进行计算。②稠密匹配。针对所有图像的具体特点做好匹配工作，在运算图像过程中转变模型。③拼接图像。通过计算出来的空间变换模型对图像拼接进行技术处理，从而获取相同特点实施精准重叠。对分辨率和图像尺度中影响三维模型的部分进行清除。

3.2 采集外业数据

首先，控制无人机的飞行高度。对被检测房屋的所在地进行实地调查。比如在城市农村中房屋结构较为繁杂，无人机应将高度控制在100m左右。而飞行高度决定了数字航空摄影的地面分辨率，具体公式是H=f×GSD/a。其中h表示飞行高度，f表示镜头焦距，GSD是地面分辨率，a是像素。通过这个公式可也以获取与地面分辨率相对的飞行高度。镜头焦距和像素是相机的特定属性，所以飞行高度越低，就表示地面采样点之间的距离就越近，这样就能够提升地面分辨率。因此，在测量城市农村中房屋结构的时候，应将无人机飞行高度控制在100m左右。其次，分布控制点。将光控点技术最好运用至测量区域当中，图像中的控制点会平均分布至航向和侧面重叠照片中，另外会分布控制点到区域网络的周边。最后，设置航测参数。利用飞行场对具体的飞行参数进行确定，同时采集航测数据。由于PHANTOM4只是利用单个镜头采集信息数据，而摄影测量需要从所有角度采集图像，因此需要有目的性的设置航测参数。如果要想呈现出多透镜效应，那就应在同样的测量范围内进行单向S线飞行。应控制无人机航向倾角为45°，并且应保证侧向重叠和航向重叠。

3.3 处理内业数据

3.3.1 图像预处理

在斜向摄影完成之后，应对所有采集到的区域图像进行质量检测，保证图像没有出现变形的情况，同时把那些与实际需求不符的信息数据进行清除。

3.3.2 室内图像控制点

一般情况下，0.1mm是图像控制点的最佳精确度，在各种图像控制点当中，尽可能选取高程变化不明显的目标，而在相连的图像中，应确保图像控制点的绝对清晰。

3.3.3 空间加密

通过光速法来调试整体区域网络，提供足够的人工控制点，把照片形成的光速作为调整单元。促使公用光产生比较理想的交会，同时利用控制点中的坐标对各个区域进行填充，这样就可以获得加密点的结果[4]。具体来讲，就是利用已知的特点对未知特点进行运算，同时自动获取所有特征点，这样就可以在所有的目标范围内形成特征云点。

3.3.4 密集匹配图像

使用相应的软件对所有图像中的同名点进行匹配，之后在图像中获得特征点，以此就能够将建筑物中的细节精准的呈现出来。

4 房屋裂缝防治措施

在实际进行房屋建筑的过程中，不但要重视增强对建筑材料的监督管理，还要重视科学合理的利用施工技术来处理房屋裂缝的问题。如果是地下室出现了竖向垂直收缩裂缝，就应在地下室长度大于50m的时候，在混凝土中加入微膨胀剂，促使补偿混凝土的大幅度收缩，同时利用切实可行的措施进行有效预防治理；而当地下室长度小于等于50m的时候，应使用钢筋强度换算的方式使外墙水平筋直径减小，缩小它们之间的距离，从而切实提高其抗裂能力，同时延长混凝土外墙模板的拆除时间，利用定时浇水的方式对混凝土外墙进行养护，促使混凝土初期的严重脱水收缩现象得到有效解决。并且，还应对混凝土的强度、钢筋间距与保护层厚度进行严格控制，避免设计混凝土的浇筑施工缝，同时增强养护工作，这样能够切实有效的控制房屋出现裂缝的概率[5]。对于外墙，必须要在进行振捣的过程中，利用插入式振捣设备，同时应确保快插慢拔，应确保插点的整齐性和均匀性，根据相关顺序点进行移动，不可以产生遗漏，从而确保振实的效果；另外，在完成混凝土浇筑之后，应第一时间合理养护墙体，倘若高层建筑墙体有抗渗要求，养护时间不可以少于14d，并且确保对混凝土进行浇水处理，从而确保混凝土始终保持湿润状态，避免混凝土在初期凝结时候，由于缺水而产生干缩性裂缝。

5 结语

当前，虽然我们国家的施工水平与以往比较有了很大的提升，但是在实际开展施工活动的过程中一直普遍存在房屋裂缝的情况。使用无人机摄影测量技术对房屋缝隙进行测量，相比以往的检测方式，其具备诸多优点，不但能够获取与检测要求相符的图像，还能够控制因为房屋检测活动导致对居民生活的影响。然而，此项技术在实际应用期间会受到不良天气、遥控信号的干扰，只有进一步解决各种问题，才可以更好的提高房屋裂缝检测的质量与水平。科学合理的检测房屋裂缝，并且深入分析其根本因素，通过切实可行的措施进行修补以及处理，只有这样才可以确保居民的安全问题。所以，相关人员必须要合理有效的利用无人机摄影测量技术准确的检测和判定房屋裂缝，从而更好地防止出现安全事故。