三维激光扫描技术在隧道变形监测中的应用—以Trimb b l l e e G G X X扫描仪为例

河南省煤田地质局物探测量队 张喜妮 王合理

三维激光扫描技术在隧道变形监测中的应用—以Trimb b l l e e G G X X扫描仪为例

河南省煤田地质局物探测量队 张喜妮 王合理

一、三维激光扫描技术

目前，三维激光扫描技术已经在文物保护、古建筑物修缮等方面得到了广泛应用。三维激光扫描技术在测绘行业中的应用尚处于发展阶段，但其快速、准确、全面的优势是常规测绘手段无法比拟的。随着我国经济建设的快速发展，地铁、高速公路里程逐年增加，技术指标要求也越来越高，如何快速、精确地监测隧道变形也变得越来越为重要。Trimble GX扫描仪能够很好地胜任这些工作。与常规测绘技术相比，Trimble GX三维激光扫描仪不仅可以自动采集数据，还可以建立三维模型，自动对数据进行处理，并输出相应的结果，是一种高效的隧道变形监测手段。

二、Trimble GX扫描仪相关参数

仪器型号为Trimble GX（全进口），由美国天宝公司生产，采用脉冲式扫描方式，扫描速度5 000点/s，扫描范围2～350m，扫描过程由电脑控制，不仅可以方便地设置扫描区域，以及扫描彩色点云，同时还能保证测量精度。

三、Trimble GX扫描仪的优势

1.测量速度快。三维扫描仪的测量速度是常规测绘的数十倍乃至百倍，收集的数据也更为完整。

2.测量精度高。测量精度的高低会决定后续数据结果的准确与否。三维激光扫描仪的测量精度主要体现在两个方面，一是仪器标称的精度高，二是点云质量高。较高的测量精度和点云质量可以为后处理提供更准确的基础数据，并减少后处理的难度。Trimble GX扫描仪获得的点云均匀、细密、噪点少，可以为后续的处理提供了很好的原始数据，保证数据结果更准确。

3.采用非接触测量方式，安全性高。Trimble GX通过非接触的激光扫描，远程完成了现场数据的采集，并将数据保存在笔记本电脑中，工作人员不需要去危险的区域就能收集到数据。

四、Trimble GX扫描仪的作业流程

1.外业流程。

（1）进行三维扫描前，首先搜集现场的相关信息，以便充分掌握该测区及周边的情况。抵达现场之后，再根据实际情况合理设置扫描路线，依据完整采集点云数据的原则布设扫描站点，合理确定扫描仪的采样密度，其大小会直接影响后期处理的精度。

（3）扫描时，三维激光扫描仪直接与笔记本电脑连接，并通过配套的PointScape软件，将扫描的点云数据直接存储到计算机中，其原始数据格式为*.ppf。为进一步处理数据，应将原始扫描点云数据格式转变为*.asc。

（3）扫描后的数据必须进行点云数据的配准拼接，拼接完成后，应进行点云数据预处理，主要为删减冗余或剔除无效数据，这是因为外业扫描的点云数据难免会产生各类噪声，所以需要利用软件对点云数据进行修剪。数据拼接后并确定数据完整后，就可以转为内业处理了；否则继续补测数据，直到完整为止。

2.内业流程。

（1）数据配准阶段。把点云数据导入RealWorks 6.5中，首先在配准模块里进行配准，配准的精度应小于2mm，配准后生成配准报告，并进行详细检查，直到所有站之间的配准误差不超过2mm为止。

（2）数据分析阶段。选择OfficeSurvey模块，在进行数据分析之前先建立1个原先设计的模型，以方便与现场采集的点云进行对比分析，监测隧道的变形量。把模型和点云数据加载到一起，然后选择“面与面检测工具”，选择圆柱作为变形监测的投影面，然后依次选择“预览”、“检测图分析器”，就可分析各个断面的变形情况了。此外，也可以分析隧道的整体变形情况，并生成报告，某断面的隧道变形情况如图1所示，也可以对几次测量的结果进行对比，以方便快捷地分析变形趋势。

图1 某断面的隧道变形情况

五、结论

1.三维激光扫描仪可以一次快速、完整、全方位地采集隧道内部的表面数据，数据经处理后可以计算出任意断面的变形量。这克服了传统测量方法只能间隔一定距离测量某一断面数据的弊端，加快了数据采集速度，提高了数据处理效率。特别是对于地铁隧道等运营间断时间短的隧道安全检测来说，是一种有效的方法。

2.采用三维激光扫描技术，一个车站段的数据采集、数据处理和分析变形结果输出只需一周时间。与传统的测量方法相比，大大提高了作业效率，降低了作业强度，缩短了变形监测周期。

综上，随着我国城市化建设步伐地加快，大量大型工程建设项目陆续展开，综合利用探测监测新手段，具有重要的现实意义。三维激光扫描技术的应用，满足了隧道监测工作的要求，为监测工作提供了强有力的技术支持，在隧道检测工作中发挥着不可替代的作用。

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