淺談邊坡擋墻變形的監測新技術

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摘要：邊坡擋墻變形是諸多路橋工程中常會出現的問題之一，對其進行的監測工作就非常重要，但是隨著施工技術的變化發展，傳統的監測技術可能早已不在適用于現有的邊坡擋墻變形的監測，新技術的開發和應用迫在眉睫。三維激光掃描技術的出現為監測邊坡擋墻變形問題開拓出了新技術口擬建。本文就將基于三維激光掃描技術的角度，探究這項新監測技術在邊坡擋墻變形監測中的應用。

關鍵詞：邊坡擋墻變形；監測技術

前言

上個世紀九十年代出現并逐漸發展起來的三維激光掃描技術，能夠簡單快捷的獲取到變形體目標的三維參數，徹底轉換了傳統的點帶面監測掃描理念，將全局性監測理念帶到了人們的面前，同時也快速體現出了全局性監測的技術優勢，從多個方位掌握到變形體的變化時間、過程和規律，極大程度上豐富了變形體的測量價值和技術內涵。相比于傳統的邊坡變形技術，三維激光掃描技術主要具有無需預埋單項測量裝置、可以實現非接觸測量與監測，同時監測過程中的速度、精度和坡體的反應能力也能大幅度的提高，其技術優勢和特點非常明顯。在短時間內就可以獲取變形圖形的密度、精度的三維數據，然后在對三維數據進行分析建模之后則可以得到整個變形監測體的變化信息，同時對監測體的變形數據進行分析了解，掌握變形的規律，進而可以對邊坡變形災害進行報告研究。

一 三維激光掃描技術應用于邊坡擋墻變形的技術原理

用于地面邊坡擋墻變形監測的三維激光掃描技術主要由激光掃描儀、計算機、電源供應和其他附屬配件所構成。激光掃描儀本身就具備距離測量和成像的能力，同時還可以結合CCD和儀器內部的調節對系統進行運轉校正處理。

簡單來說，激光掃描儀的運轉原理就是根據光學三角原則來進行的，把激光作為測量光源，然后將其投射到被測量物體或區域之上，同時使用光電敏感元件在被測量物件的另一方接受激光的反射能量，然后根據光點與光點之間在物體上的成像位移偏移位置，并且結合被測量物體的平面積、像點和光點間距關系，進而計算得出物體的深度參數。

激光測算通過激光掃描儀發射激光二級管中的紅外激光波線來發現安全波數，進而達到對測驗對象測算立體面積的目的，抽取測量單位中的深度數據和相應的紅外波長。在紅外掃描儀內部，紅外激光掃描控制模塊和單個的紅外數據測量模塊的水平方向值分別為 和天距數值。紅外掃描設備借助從被測量物體反射回來的紅外激光信號，同時對每個單測量紅外數據與被測量物體之間所經過的時間相位差，就可以準確側臉計算得出被測物體到掃描點之間的距離數據S和相應的紅外反射強度I。水平數據 和天距數值 的主要作用就就是用來分別計算紅外激光掃描與被測物體上到掃描點三方的三維坐標及坐標數據。三位激光掃描處理體系通常都是在應用激光掃描儀器內部的坐標系統和相應的測算參數，通常情況下，X軸都是存在于橫向掃面范圍內，而Y軸則是縱向坐標區域內與X軸相垂直，Z軸則將會與橫向掃描區域呈現垂直關系，進而就可以得到以下坐標點之間的三維計算公式：

X=Sin /sin（1）

Y=Sin /cos（2）

二 地面三維激光掃描儀使用的選擇

邊坡擋墻變形屬于地面變形測量的技術范疇，變形監測就要將測量儀器具有較高的變形參數精度和測量數據采集精度，測量設備在采集處理數據之后還應該創建高精度的變形參數測量模型，針對部分高邊坡的的變形測量測量儀器還必須要具備一定的仰角測量能力。根據邊坡擋墻測量的實際需求，筆者推薦由奧地利RNIG公司生產的RNIG ZC-2000型紅外激光掃描儀，應用脈沖測距的方式開展變形物體測量，使用RNIG ZC-2000型紅外激光掃描儀可以實現獨一無二的回波測量技術和全波數值分析與處理技術，每秒單發的紅外激光信號達到了4000點，紅外激光束的發生速率非常快，儀器所提供的仰角分辨率達到0.005°，紅外激光的掃描距離整體達到了1.5km。除了上述能力之外，RNIG ZC-2000型紅外激光掃描儀還可以在現有的基礎掃描模式之上開展多菱鏡快速旋轉掃描，能夠對變形物體進行多方位的全面掃描，紅外激光掃描線條的分布可以實現最大的均勻性，現階段單一的激光線條分布是在是不能滿足當前的實際測量需求。在儀器接口處理方面，RNIG ZC-2000型紅外激光掃描儀也預留出了GPS和數碼相機的接口，因此可以實現在RNIG ZC-2000型紅外激光掃描儀上進行GPS設備預先定位處理，同時還可以采用數碼相機對變形測量數據進行數據同步采集。

三 邊坡擋墻測量技術路線的規劃

我們必須要明確邊坡擋墻變形的測量任務必須建立在各環節載荷參數和外力作用的基礎之上，了解變形擋墻形狀的大小、位置和空間狀態，盡量保證三方之間的位置關系處于和諧穩定，同時還應該實時掌握變形體的實際狀態，進而為后續的測量工作打下堅實的數據基礎。在實際作業過程中，必須根據檢測的技術特點，靈活使用儀器的坐標系統來采集坐標參數，進而與國家的坐標系統產生技術聯動，讓檢測的精確度得到充分的提高。

四 邊坡擋墻變形監測

（一）采集測量參數

根據紅外激光掃描數據采集作業規律，使用測站點加后視點的測量方式，在一號測量點上架設掃描儀，同時分別在二號測量點和三號測量點上架設測量標靶，其中三號測量點應該作為整個測量工程的定向中心點，二號監測點則應該被作為校驗點。掃描監測站位置的設置應該距離邊坡擋墻約30m左右，為了能夠保證監測的數據采集精度和實際測量的效率，儀器設備的點云分辨率應該設置在120m以內，單點間距為0.05m。

（二）點云數據的分析處理

使用Riscanfb Ong數據分析軟件來處理之前掃描得到的點云數據，數據的分析處理應該根據坐標點的實際信息準確錄入，然后使用Riscanfb Ong數據分析軟件來講點云數據進行坐標轉換處理，進而得到地面坐標系之下的基礎原點數據。

（三）將點云數據建模

點云數據建模處理筆者推薦使用Genigkhg Cihgk軟件，這是有美國Gbigk公司出品的逆向工程和三維數據處理軟件，進而就可以得到更加完美的多面數據模型和數據網格，并且還可以將其靈活轉換為NURRS曲面，同時還可以將更多的零單數據融入到該項系統當中，并將其轉換為相應的數據模型。

把預處理的文本格式數據轉調成到Genigkhg Cihgk軟件當中，并且通篩選、分析、抽取和封裝等方式，得到最終的三角網數據模型。

五 結束語

總而言之，三維激光掃描技術是當前邊坡擋墻變形測量當中的最新技術之一，同時三維激光掃描技術在實際應用中的效果也是極佳的，本文主要引進了逆向工程和三維檢測的理念。

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