三維激光掃描技術在隧道變形監測中的應用—以Trimb b l l e e G G X X掃描儀為例

河南省煤田地質局物探測量隊 張喜妮 王合理

三維激光掃描技術在隧道變形監測中的應用—以Trimb b l l e e G G X X掃描儀為例

河南省煤田地質局物探測量隊 張喜妮 王合理

一、三維激光掃描技術

目前，三維激光掃描技術已經在文物保護、古建筑物修繕等方面得到了廣泛應用。三維激光掃描技術在測繪行業中的應用尚處于發展階段，但其快速、準確、全面的優勢是常規測繪手段無法比擬的。隨著我國經濟建設的快速發展，地鐵、高速公路里程逐年增加，技術指標要求也越來越高，如何快速、精確地監測隧道變形也變得越來越為重要。Trimble GX掃描儀能夠很好地勝任這些工作。與常規測繪技術相比，Trimble GX三維激光掃描儀不僅可以自動采集數據，還可以建立三維模型，自動對數據進行處理，并輸出相應的結果，是一種高效的隧道變形監測手段。

二、Trimble GX掃描儀相關參數

儀器型號為Trimble GX（全進口），由美國天寶公司生產，采用脈沖式掃描方式，掃描速度5 000點/s，掃描范圍2～350m，掃描過程由電腦控制，不僅可以方便地設置掃描區域，以及掃描彩色點云，同時還能保證測量精度。

三、Trimble GX掃描儀的優勢

1.測量速度快。三維掃描儀的測量速度是常規測繪的數十倍乃至百倍，收集的數據也更為完整。

2.測量精度高。測量精度的高低會決定后續數據結果的準確與否。三維激光掃描儀的測量精度主要體現在兩個方面，一是儀器標稱的精度高，二是點云質量高。較高的測量精度和點云質量可以為后處理提供更準確的基礎數據，并減少后處理的難度。Trimble GX掃描儀獲得的點云均勻、細密、噪點少，可以為后續的處理提供了很好的原始數據，保證數據結果更準確。

3.采用非接觸測量方式，安全性高。Trimble GX通過非接觸的激光掃描，遠程完成了現場數據的采集，并將數據保存在筆記本電腦中，工作人員不需要去危險的區域就能收集到數據。

四、Trimble GX掃描儀的作業流程

1.外業流程。

（1）進行三維掃描前，首先搜集現場的相關信息，以便充分掌握該測區及周邊的情況。抵達現場之后，再根據實際情況合理設置掃描路線，依據完整采集點云數據的原則布設掃描站點，合理確定掃描儀的采樣密度，其大小會直接影響后期處理的精度。

（3）掃描時，三維激光掃描儀直接與筆記本電腦連接，并通過配套的PointScape軟件，將掃描的點云數據直接存儲到計算機中，其原始數據格式為*.ppf。為進一步處理數據，應將原始掃描點云數據格式轉變為*.asc。

（3）掃描后的數據必須進行點云數據的配準拼接，拼接完成后，應進行點云數據預處理，主要為刪減冗余或剔除無效數據，這是因為外業掃描的點云數據難免會產生各類噪聲，所以需要利用軟件對點云數據進行修剪。數據拼接后并確定數據完整后，就可以轉為內業處理了；否則繼續補測數據，直到完整為止。

2.內業流程。

（1）數據配準階段。把點云數據導入RealWorks 6.5中，首先在配準模塊里進行配準，配準的精度應小于2mm，配準后生成配準報告，并進行詳細檢查，直到所有站之間的配準誤差不超過2mm為止。

（2）數據分析階段。選擇OfficeSurvey模塊，在進行數據分析之前先建立1個原先設計的模型，以方便與現場采集的點云進行對比分析，監測隧道的變形量。把模型和點云數據加載到一起，然后選擇“面與面檢測工具”，選擇圓柱作為變形監測的投影面，然后依次選擇“預覽”、“檢測圖分析器”，就可分析各個斷面的變形情況了。此外，也可以分析隧道的整體變形情況，并生成報告，某斷面的隧道變形情況如圖1所示，也可以對幾次測量的結果進行對比，以方便快捷地分析變形趨勢。

圖1 某斷面的隧道變形情況

五、結論

1.三維激光掃描儀可以一次快速、完整、全方位地采集隧道內部的表面數據，數據經處理后可以計算出任意斷面的變形量。這克服了傳統測量方法只能間隔一定距離測量某一斷面數據的弊端，加快了數據采集速度，提高了數據處理效率。特別是對于地鐵隧道等運營間斷時間短的隧道安全檢測來說，是一種有效的方法。

2.采用三維激光掃描技術，一個車站段的數據采集、數據處理和分析變形結果輸出只需一周時間。與傳統的測量方法相比，大大提高了作業效率，降低了作業強度，縮短了變形監測周期。

綜上，隨著我國城市化建設步伐地加快，大量大型工程建設項目陸續展開，綜合利用探測監測新手段，具有重要的現實意義。三維激光掃描技術的應用，滿足了隧道監測工作的要求，為監測工作提供了強有力的技術支持，在隧道檢測工作中發揮著不可替代的作用。

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