基于三維激光掃描儀的圓形橫截面隧道測(cè)量規(guī)劃

摘 要：為解決圓形橫截面隧道幾何形狀的測(cè)量和規(guī)劃問(wèn)題，本文提出一種掃描圓形截面隧道的方法。該方法不但考慮了影響掃描質(zhì)量的幾個(gè)因素（隧道尺寸、掃描密度、掃描步長(zhǎng)、入射角和掃描儀位置），并且可以最大化掃描距離和角度采樣間隔，從而在最短工作時(shí)間內(nèi)達(dá)到一定的測(cè)量精度。通過(guò)在實(shí)際隧道中進(jìn)行掃描測(cè)量，證明了所提方法的有效性。

關(guān)鍵詞：激光掃描；圓形截面；隧道；測(cè)量規(guī)劃

中圖分類號(hào)：P 642" " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

激光掃描是一種測(cè)量技術(shù)，可以根據(jù)所用掃描儀的類型和技術(shù)特性，以點(diǎn)云的形式快速、合理準(zhǔn)確地重現(xiàn)物體的3D表面[1]。該技術(shù)目前應(yīng)用于各領(lǐng)域，包括遺產(chǎn)文獻(xiàn)，地質(zhì)，監(jiān)測(cè)技術(shù)，變形分析和尺寸控制等[2]。目前，因?yàn)榧す鈷呙杓夹g(shù)能快速掃描隧道并提供挖掘幾何形狀的3D模型，所以在地下開(kāi)挖中應(yīng)用廣泛，這種模型的用途包括監(jiān)測(cè)工程進(jìn)度、監(jiān)測(cè)變形等[3]。盡管越來(lái)越多的公司使用TLS進(jìn)行幾何隧道驗(yàn)證，但為了降低使用成本，通常通過(guò)提高掃描視野來(lái)進(jìn)行掃描工作[4]。當(dāng)采集數(shù)據(jù)時(shí)，除了掃描視野距離外，其他影響測(cè)量精度的因素會(huì)被忽略，例如入射角、掃描密度和隧道本身的幾何形狀等[5-6]。本文通過(guò)研究掃描儀的位置、入射角、掃描密度等因素對(duì)圓形橫截面隧道幾何測(cè)量的影響，提出一種使用激光掃描優(yōu)化隧道掃描任務(wù)的數(shù)據(jù)采集方法。

1 方法論

1.1 位置方程

圖1為圓形隧道的理論橫截面以及坐標(biāo)系。激光掃描儀在地面上的高度和與隧道橫截面中心的距離是影響掃描結(jié)果的兩個(gè)參數(shù)，因此考慮激光掃描儀高度h和與隧道中心的距離t?！?br>