徕卡全站扫描仪MS50在变形监测中的应用

张 维

(徕卡测量系统贸易(北京)有限公司，北京 100020)

一、前 言

在传统的监测应用中，测量机器人和GNSS是两种常见的设备，两者可单独工作，也可以协同作业：测量机器人适合密集棱镜集群监测，GNSS适合高频或静态高精度监测。通过将两者结合在一起，徕卡提供了大坝、桥梁、地铁、滑坡、高层建筑等各个行业的解决方案。随着监测工作的日渐深入，对被监测物体超密集快速监测的功能成为客户的新需要。扫描技术成为最新的监测应用，徕卡MS50全站扫描仪一经推出，就全方位地满足了各个行业客户的需要，成为监测界的新宠贵族。

二、MS50全站扫描仪简介

MS50是全站仪,也是扫描仪，能完成长基线高精度的控制测量，能进行全年24 h不间断的监测工作，还能抵抗野外的严寒酷暑。在需要高密度扫描采集变形体的监测数据时，它能发挥高速扫描的功能，以每秒1000个点的速度采集数据。令人惊喜的是，徕卡MS50全站扫描还能拓展为超站仪，能够将GNSS控制测量、精密监测和高精度快速扫描完美地结合在一起。

MS50采集的点云直接贴在照片上，测量数据可以直观展示；扫描结果精度高，且能反映局部细节变化，表现内容更丰富和全面；在复杂危险区域，非接触式监测更能保障人员安全。

另外，结合徕卡公司的GeoMoS、Cyclone、Infinity、MultiWorx等软件可以实现高效处理MS50全站扫描仪的数据，输出二维或三维图、线画图、点云图及三维模型，根据点云自动生成平面、曲面、圆柱、弯管、等高线等，可以将全景图作为点云的背景图，智能自动提取需要的点，实现多视角查看三维数据，输出各种处理报告，结果可导入CAD。

三、应用实例

1. 地铁监测

在城市地铁监测中，传统的监测方式主要是人工操作全站仪观测布设在地铁隧道断面上的棱镜，以及人工精密水准测量这两种方式，存在作业速度慢、操作环境恶劣等现实问题。由于隧道投影的问题，为避免多个监测棱镜产生相对于全站仪位置重合的现象，棱镜的布设位置需要提前计算，还需要现场进行实地位置调试，个别需要密集监测的区域用传统的方法难以实现。

MS50的出现解决了以上问题，将其安置到地铁的强制对中装置上，对隧道内壁选定的的特别监测区域可以进行密集监测，如选择顶部一个区域，可以是地铁管片的一片或整块轨道板，对选择的区域进行高精度快速扫描，可以获取地铁隧道重点区域的三维变形数据，这解决了传统全站仪棱镜点密度不够及普通扫描仪不胜任监测工作的问题。

2. 高铁监测

京沪高铁列车时速为300 km/h ，可快速穿过高山和峡谷。其中80%的路段是高架桥，而对高速铁路桥梁的监测工作非常急迫。列车经过一座桥梁通常只需要几秒钟，传统的GNSS和全站仪均不能胜任高速铁路桥的动荷载监测，因此需要高频率高精度的动态监测才能实现。

MS50可以对承载高速铁路的大桥进行高频动荷载监测，在桥梁下面选定适合进行扫描的监测区域，然后以每秒1000点的速度进行扫描，可以瞬间记录列车通过时桥梁发生的位移和沉降，以前所未有的准确度描述列车经过前、经过中和经过后桥梁的连续变化，为分析高速铁路桥梁的动荷载下的瞬时变化和研究桥梁的运动趋势提供了一套科学的监测方法。

3. 大坝监测

在某水电站，需要MS50全站扫描仪的精密监测和快速扫描功能，以了解在不同季节和不同时期整个坝体的变形量及变化趋势。徕卡工作人员将2台MS50设备布置在坝体左右两边，架设在牢固稳定的强制对中控制点上，然后采用全站扫描仪的模式进行监测工作，包含精密监测棱镜作业和对重点监测区域进行扫描作业。为充分展现MS50的扫描精度，在坝体左右的两套MS50全站扫描分别进行对坝体扫描时，在主坝的中间位置上选取了一块公共区域进行扫描，即两套MS50扫描了重合区域，而这个区域是整个大坝最接近中间的位置(如图1所示)。扫描完成后，通过软件进行点云数据的模型匹配，匹配后软件计算的标准偏差为0.5 mm；如果考虑一般的设站误差，不进行模型匹配的条件下，标准偏差也仅为0.8 mm，完全满足客户对扫描的精度要求。这充分展示了MS50在扫描监测领域的技术优势。

图1 公共扫描区域色阶图

四、结束语

徕卡提供了带有自动扫描功能的完整监测方案，实现了对人员无法达到或安装棱镜的危险区域目标的监测，利用MS50的图像辅助功能让设置更加简单和人性化，全新的向量技术实现了扫描数据的自动化处理，并且以不同的颜色显示不同的变形量。徕卡MS50全站扫描仪是一个功能全面的革命性解决方案，集成了高精度的全站仪技术、高速的三维扫描技术、高分辨率数字图像影响测量技术及超站仪技术等多项先进的测量技术，以多种方式获得了高精度的测量结果，其应用前景非常广阔。