三維激光掃描儀在深基坑監測中的應用

周振興

【摘 要】深基坑監測工作是確保工程安全的重要措施，能夠準確獲取基坑變形的相關數據，為后續工作提供有利依據。三維激光掃描技術作為一種新型的測繪技術，在基坑變形監測中有著廣泛的應用，但同時還存在一定的局限性，很容易受到客觀因素的影響造成數據誤差等不良現象，不利于基坑變形監測工作的有效進行。鑒于此，下文針對三維激光掃描儀在深基坑監測中的應用進行深入分析，希望能為三維激光掃描技術在基坑變形監測中的應用提供有效參考依據。

【關鍵詞】三維激光掃描；基坑變形監測；應用

隨著科學技術的發展，城市化發展進程不斷加快，我國深基坑工程施工和監測有了很大的發展。在現階段基坑技術運用及優化的同時，應該應用測繪領域的新技術、新方法，通過三維激光掃描技術的運用，可以為工程測繪工作提供有效依據，并使三維激光掃描技術呈現多元化的發展空間，從而為變形監測技術的專業性發展提供有效依據。

一、三維激光掃描儀器及系統原理

三維激光掃描儀是一種集成了多種高新技術的新型三維坐標測量儀器，采用非接觸式高速激光測量方式，以點云形式獲取地形及復雜物體表面的陣列式幾何圖形的三維數據。儀器主要包括激光測距系統、掃描系統和支架系統，同時也集成CCD數字攝影和儀器內部校正等系統。

目前，三維激光掃描儀主要采用TOF脈沖測距法（Time of Flight），是一種高速激光測時測距技術，采用脈沖測距法的三維激光點坐標計算方法，如圖1所示。三維激光掃描儀通過脈沖測距法獲得測距觀測值S，精密時鐘控制編碼器同步測量每個激光脈沖橫向掃描角度觀測值α和縱向掃描角度觀測值θ。三維激光掃描測量一般使用儀器內部坐標系統，X軸在橫向掃描面內，Y軸在橫向掃描面內與X軸垂直，Z軸與橫向掃描面垂直。由此可得三維激光腳點P坐標（Xs，Ys，Zs）的計算公式：

二、三維激光掃描技術在基坑監測中的應用分析

2.1數據采集和處理

在利用三維激光掃描儀進行基坑變形監測的時候，工作人員需要根據實際情況對三維激光掃描技術和傳統測量技術進行結合運用，并事先準備好三維激光掃描儀、全站儀設備、HDS3英寸標靶、相匹配的處理軟件Cyclone和Geomagic等。在進行基坑變形監測過程中，工作人員需要在不影響工程施工的條件下，將HDS3英寸標靶安裝到基坑的中間，繼而在施工坐標系的基礎上利用全站儀設備對HDS3英寸標靶和測站點進行監測，準確獲取其三維坐標，之后就要通過三維激光掃描儀以中等密度的掃描方式對監測墻體和標靶進行掃描，在數據采集工作完成后，可以在點云的處理流程中進行簡單的概括，并利用Cyclong軟件對三幅點云進行組合拼接，科學控制拼接精度，在去除噪點之后進行建模操作，從而獲取基坑內部支護結構的點云圖。

2.2點云模型的變形分析

點云模型的變形分析主要分為3D模型分析和2D模型分析，通過模型的分析能夠準確了解基坑變形的實際情況，為后續工作提供有利依據。

2.2.1 3D模型分析

在進行3D模型分析過程中，可以利用Geomagic軟件對點云數據進行處理和分析，通過示圖顏色直接展示出支護結構的變形量。同時，利用Geomagic軟件中的點云模型對支護結構的變形量3D圖進行分析，能夠得到變形量的百分比數據表和模型分析表，對兩表進行分析就可以準確了解變形分布的具體區域，根據施工現場的實際情況就可以有效判斷基坑變形的具體原因和變形情況。

2.2.2 2D模型分析

在進行2D模型分析過程中，可以利用Geomagic軟件在變形量3D圖中選取基坑變形位置的剖面3D圖，之后對變形較明顯的剖面進行放大并進行測量，就可以準確了解到變形量的最大值和分布位置，從而根據基坑內側的變形方向、變形程度判斷出變形原因和變形程度。

2.3注意事項及對策

在利用三維激光掃描技術進行基坑變形監測的時候，點云的精度比較容易受到掃描距離的影響，一旦距離過大就會造成嚴重的數據誤差問題，所以在進行掃描工作的時候，需要做好現場的檢查工作，根據掃描現場對掃描距離進行合理控制，盡量確保掃描距離在50m以內，從而有效保證三維激光掃描儀的掃描精度，使數據質量得到有效保障。此外，在進行標靶掃描的時候，盡量選擇小間距、高精度的點云掃描模式進行精細掃描，從而有效提高標靶中心點的坐標精度，使基坑變形監測更具有精確性和完整性。

三、結語

綜上所述，為提高三維激光掃描儀在深基坑監測中的應用效果，工作人員應根據現場情況對三維激光掃描技術和傳統測量技術進行結合運用，準確掌握相關注意事項和應對策略，以此保證數據采集和處理、點云模型的變形分析等各項工作的順利進行，使基坑變形監測的數據質量得到有效保障，確保基坑工程的安全性。

【參考文獻】

[1]黃新召.淺析地面三維激光掃描技術在城市地下空間測量中的應用[J].工程建設與設計，2017（16）：20-22.