بخشی از مقاله
چکیده
یکی از پارامترهای مهم در تعیین مقاومت برشی درزهسنگها برای طراحی صحیح تونلهای قرار گرفته در محیطهای سنگی، زبری است. دقت در روش برداشت و براورد پارامتر صحیح زبری به نحوه برداشت آن بستگی دارد. روشهای مختلفی برای برداشت زبری درزهسنگ وجود دارد که عموما نیاز به ابزارهای خاص دارد و برای انجام برداشت سطح، محقق را مجبور به تخصیص تجهیزات یا ابزار خاص مینماید. قابلیت کاربرد و اطمینان از خصوصیات زبری درزه به طور عمدهای وابسته به صحت و دقت دادههای جمعآوری شده میباشد.
استفاده از ابزارهایی همچون اسکنرهای لیزری علیرغم دارا بودن دقت بالا، در دسترس عموم یا حتی کارشناسان امر نبوده و امکان برداشت را با توجه به هزینه های مربوطه محدود می سازد. با توجه به پیشرفت تکنولوژی دوربینهای عکسبرداری و عمومیت در اختیار قرارگرفتن دوربینهای عکاسی با مشخصات و کیفیت بالا همچنین توسعه دوربینهای تلفنهای همراه، استفاده از فتوگرامتری برد کوتاه به عنوان یک روش کارا برای برداشت سطح زبر درزهسنگ در این مقاله معرفی می گردد.
با توجه به اینکه فتوگرامتری برد کوتاه مزیتهای بسیاری همچون قابلیت اندازهگیری در مدتزمان کمتر، هزینه پایین، دستیابی به دقتهای بالا، سهولت در انجام مشاهدات در شرایط محیطی دشوار را دارا میباشد، برای اندازهگیری مختصات سطح زبر درزهسنگ بکار گرفته شده است.
برای این منظور پس از تصویربرداری از نمونههای درزهسنگ در زوایای مختلف با دوربین غیرمتریک Nikon D5300، با استفاده از نرمافزار AGIsoft ابر نقاط اولیه از سطوح تهیه شده و پس از پردازش این ابر نقاط به ساخت مدل سهبعدی نمونه پرداخته شده و در نهایت پروفیلهای دوبعدی به منظور تعیین پارامترهای کمی زبری با استفاده از نرم افزار GOM استخراج شده است. نتایج نشاندهنده قابلیت این روش در دستیابی به دقت 0/01 میلیمتر در اندازهگیری سطح زبر درزهسنگ میباشد.
-1 مقدمه
میزان زبری درزه پارامتر بسیار مهمی در تعیین پاسخ مکانیکی و هیدرومکانیکی تودهسنگ است. مقاومت برشی، رفتار تغییر شکل و خصوصیات جریان در درزههای سنگی به میزان زیادی به شرایط زبری سطح درزه بستگی دارد درجه زبری بصورت اندازه ناهمواریها یا میزان موجداری سطح نسبت به صفحه اصلی آن تعریف میشود.
روشهای متعددی برای برداشت یا جمعآوری دادههای زبری وجود دارد. این روشها میتوانند به دو روش مستقیم و غیرمستقیم تقسیم شوند
این روشها بیشتر بیانگر افزایش سطح تکنولوژی برداشت دادهها از روشهای ساده دستی گرفته تا روشهای مقطعسنجی مکانیکی و الکترونیکی را شامل میشود که به آنها روشهای تماسی گفته میشود و یکسری روشهای عکاسی را در بر میگیرد که به عنوان تکنیکهای غیرتماسی نامیده میشوند. روشهای پیشرفته سرعت اخذ دادهها را در حجمهای بالا افزایش داده است.
رویه های متعددی برای بدست آوردن زبری سطح درزه در روش برداشت تماسی وجود دارد که این روش ها عبارتند از مقطعسنجی مکانیکی ، کمپاس و انحرافسنج دیسکی ، روش لبه مستقیم ، مقطعسنجی سایه ای و صفحه تماسی و پین تماسی
این روشها، بیشتر بر روشهای مقطعسنجی مکانیکی تماسی متمرکز بوده است. دلیل استفاده از این روشها کاربرد سریع، ارزان، سادگی و مناسب بودن استخراج پارامترهای زبریهای بزرگ مقیاس درزهسنگ است . - Kersteins, 1999 - این روشها کمک میکنند تا خطاهای انسانیِ برداشت خصوصیات زبری درزهسنگ به حداقل مقدار خود برسد. روشهای کمپاس و انحرافسنج دیسکی برای اندازهگیری زبری درزهسنگ در سهبعد قابل استفاده است. مابقی روشها علیرغم این که نسبتاً دارای دقت و صحت بالاتری هستند، بیشتر در مقیاسهای کوچکتر اندازهگیری زبری مورد استفاده قرار میگیرند.
روشهای متعددی نیز برای برآورد زبری سطح درزه با استفاده از روشهای غیر تماسی وجود دارد. این روشها عبارتند از روش عکسبرداری ، سیستم پردازش تصویر - Gallant et al. 1991 - 1،روش فیبر نوری و روش لیزر - Ilbas et al., 1998 - He-Ne، روش حسگر اینتروفرومتری ، روش روبشی لیزری و مقطعسنج الکترونیکی
روش های مقطعسنجی نوری با استفاده از اشعه نور زبری سطح ناپیوستگی را بدون ایجاد خرابی در سطح زبریها اندازهگیری مینماید. این روش شامل اینتروفرومتری و مقطعسنجی با استفاده از لیزر است. روش تصویربرداری لیزری یکی از روشهای غیرتماسی و سنجش از راه دور میباشد و روشی است که دادههایی از تصاویر سهبعدی را با دقت، صحت و قابلیت تفکیک بالایی ارایه می دهد.
با استفاده از این روش میتوان مقاطع دو بعدی و سهبعدی درزه را با دادههای قویتر در اختیار داشت. در این سیستم با استفاده از نور با سرعت بالا، فاصله بین فرستنده و سطح مورد پردازش را میتوان با دقت بالا مورد محاسبه قرار داد. هزینه بالا، زمانبر بودن و همچنین سرعت میدانی پایین و علیالخصوص پیچیدگیهای محاسباتی و کاهش دقت در بعضی پروژهها، از محدودیتهای روشهای بیان شده میباشد.
توسعه سریع تکنولوژی سنسور و پشتیبانی نرمافزاری آن، استفاده از لیزر را به عنوان روشی مهم و دقیق در جمعآوری داده های فضایی در مهندسی شناسانده است. مهمترین مزیت روش اسکنر لیزری، دستیابی به نقاط با چگالی و تمرکز بالا و با قدرت تفکیک بالا است. بنابراین، شکل سطح مورد نظر میتواند با قابلیت تفکیک و دقت بالایی و بصورت سهبعدی مدل شود . - Slob, 2004 - ایراد این روش عدم در دسترس بودن این ابزار است که غالبا در آزمایشگاهها یا مراکز تحقیقاتی وجود دارد و دستیابی به آن بصورت محدود، در فضای آزمایشگاه و با صرف هزینه برای انجام برداشته است.
فتوگرامتری برد کوتاه3 شاخهای از علم فتوگرامتری است که با استفاده از آنالیز تصاویر اخذ شده از فاصله نزدیک و بدون تماس با آن، به برداشت، اندازهگیری و مدلسازی از شیء مورد نظر میپردازد. با توجه به پیشرفتهای اخیر در تولید دوربینهای دیجیتال و برکنار شدن دوربینهای آنالوگ، فتوگرامتری برد کوتاه نیز پیشرفتهای چشمگیری بخصوص در سالهای اخیر داشته است. این روش به دلیل دارا بودن سرعت زیاد، دقت بالا و همچنین هزینه کم، امروزه کاربردهای وسیعی در حوزه نقشهبرداری و رشتههایی نظیر عمران، پزشکی و کاربردهای صنعتی که نیازمند برداشت سهبعدی از شیء میباشد، پیدا کرده است. پروژههای موفق اجرا شده در این زمینه گویای پتانسیل بالای این روش در این حوزه است.
در حوزه پزشکی بابک قاسمی و همکاران با استفاده از فتوگرامتری پزشکی به طراحی و پیادهسازی سیستمی هوشمند جهت هدایت و کنترل اعمال جراحی ترمیمی بر روی صورت انسان پرداختند. در این تحقیق برای تهیه مدل سهبعدی از دوربین عکسبرداری حرفهایNIKON D5500، دو عدد پروژکتور، الگوی مناسب و نوار مقیاس استفاده شد. در ابتدا پس از کالیبراسیون دوربین تصویربرداری، از یک نمونه واقعی از صورت انسان، در زوایای مختلف تصویربرداری انجام گرفت. برای اندازه گیری و بازسازی سطح صورت در ابتدا با استفاده از بافت مصنوعی ایجاد شده بر روی صورت، تناظریابی بین تصاویر اخذ شده با روش PCA انجام شده و در کمترین زمان ممکن حدود 70 هزار ابر نقطه از صورت بدست آمد و سپس مدل سهبعدی صورت انسان با دقت 1/64 میلیمتر تهیه گردید
در تحقیقی دیگر از پشت و جلوی بدن انسان به صورت همزمان و توسط دو دوربین استریومتریک عکسبرداری شده است . - Grun , 1990 - در این فرایند بیمار بین دو سکو میایستاد که نقش کنترل را داشتند و اتصال دو مدل استریوی ایجاد شده را تأمین میکردند. در این سیستم از پروژکتورهای الکترونیکی بارقهای استفاده شد که در بین هر جفت از دوربینها قرار میگرفتند و بصورت همزمان با شاترهای دوربین یک الگوی تصادفی را تصویر میکردند که به بافت سطح پوست بیمار اضافه میشد.
علاوه بر این مقاطع عرضی نیز تهیه شدند که در نتیجه آن مساحت و حجم و سطح رویه قابل تعیین میشدند و پراکندگی سطح رویه و حجم بر اساس ارتفاع به دست آمدند.
در حوزه کاربرد صنعتی باباپور و همکاران به مدلسازی بدنه اتومبیل با روش فتوگرامتری صنعتی پرداختند. در این تحقیق به دلیل عدم در اختیار داشتن فایل طراحی بدنه پیکان، بر روی یک قطعه از بدنه پیکان - گلگیر پیکان - بررسی انجام گرفته است. در این تحقیق دوربین دیجیتال غیرمتریک Canon pro90IS به منظور عکسبرداری استفاده گردید. برای اجرای پروژه شبکهای از نقاط تارگتی بر روی گلگیر نصب گردید و سپس با طراحی یک شبکه ژئودتیک، مختصات این نقاط با روش ژئودزی بدست آمد.
در مرحله بعد شبکه دیگری در اطراف گلگیر به منظور استقرار دوربین غیرمتریک طراحی گردید. دقت در هر یک از مراحل به کمک محاسبه اختلاف مختصات نقاط بدست آمده با مختصات همین نقاط که با روش ژئودزی صنعتی بدست آمده بود، برآورد گردید. در بهترین حالت دقت بدست آمده با روش فتوگرامتری صنعتی با استفاده از دوربین غیر متریک در حدود 0/343 میلیمتر مسطحاتی و 0/432 میلیمتر ارتفاعی ارزیابی گردید
در حوزه مهندسی عمران نیز با بکارگیری روش فتوگرامتری برد کوتاه به آنالیز میزان جابجایی سد مارون در جنوب کشور پرداخته شده است . پس از نصب تارگتهای مورد نظر بر روی سد و تصویربرداری در دو اپک زمانی مختلف میزان جابجایی سد بدست آمده است. سپس این مقدار جابجایی با میزان جابجایی بدست آمده از روش ژئودتیک سنتی مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان داده است که میتوان با دقت 4/12 میلیمتر میزان جابجایی رخ داده در سد را با به کارگیری روش فتوگرامتری برد کوتاه اندازهگیری نمود
امروزه با وجود نرمافزارهای قدرتمند، علاوه بر افزایش سرعت کار، محصولات نهایی، متنوع و با کیفیتی نظیر ابر نقاط سهبعدی رنگی، مدل سهبعدی یکپارچه با بافت واقعی و تصویر قائم از تمامی نماهای مورد نیاز به دست میآیند
