三維激光掃描技術(shù)在傳統(tǒng)地鐵隧道變形監(jiān)測中的應(yīng)用

隨著城市的發(fā)展，地鐵隧道這一方便城市交通的工程得到了越來越多的注意，同時作為一種地下工程，地鐵隧道的安全性也是使用過程中必須注意的，因此必須有相應(yīng)的監(jiān)測方法對地鐵隧道展開變形監(jiān)測。地鐵隧道變形監(jiān)測對保障地鐵設(shè)施的安全至關(guān)重要，而傳統(tǒng)的監(jiān)測方法在應(yīng)用中起到的作用非常有限，只能夠?qū)﹂g隔了一定距離的一部分?jǐn)嗝娴臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析。而三維激光掃描技術(shù)就是近年來得到廣泛使用的監(jiān)測技術(shù)的一種。這種監(jiān)測技術(shù)的通途廣泛，已經(jīng)大范圍的應(yīng)用于城市的地面模型建立和三維數(shù)據(jù)模型建立，應(yīng)用于地鐵隧道中時，可以有效的對地鐵隧道的變形程度進(jìn)行監(jiān)測。1地鐵隧道變形概念和三維激光掃描技術(shù)地鐵隧道變形是指在地鐵的運(yùn)營過程中，地鐵的隧道受到外力影響如周邊的工程施工或者地鐵隧道內(nèi)部的工程施工以及地鐵列車的運(yùn)行造成的振動進(jìn)而造成的隧道變形。而三維激光掃描技術(shù)則是在1995年左右出現(xiàn)的一種技術(shù)，這種技術(shù)是GPS后又一項(xiàng)新型的測繪技術(shù)，這種測繪技術(shù)通過高速的激光對掃描對象的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的收集、統(tǒng)計、分析，因?yàn)榧す獾男矢?，計算的速度快，因此可以快速的采集大量的空間點(diǎn)位信息，可以快速的建立物體的三維影像模型。因?yàn)槠淇焖?、不接觸、實(shí)時動態(tài)監(jiān)測和高精度的特點(diǎn)，在各個工程中均有著一定的應(yīng)用。而三維激光掃描技術(shù)通常由掃描儀、支架、電源、計算機(jī)以及一些配件組成。而三維激光掃描儀就是其中最為重要的一部分，是一切的前提和基礎(chǔ)，三維激光掃描儀由激光發(fā)射器和激光接收器、計時器、可以旋轉(zhuǎn)的濾光鏡、控制電路板、和微電腦等組成，因?yàn)楦咝У臏y量技術(shù)，因此其重要性往往可與GPS這門空間定位技術(shù)相提并論，不同于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測量，三維激光掃描技術(shù)具有數(shù)據(jù)收集快數(shù)據(jù)精度高和數(shù)據(jù)處理快的優(yōu)點(diǎn)，通過對地鐵隧道管壁的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)掃描，最終得到一個具有高度分辨率的地鐵隧道模型。2三維激光掃描技術(shù)在傳統(tǒng)地鐵隧道變形監(jiān)測中的應(yīng)用2.1對數(shù)據(jù)的收集通過對導(dǎo)線和水準(zhǔn)測量方案的設(shè)計，然后使用激光掃描儀對需要測量的地鐵隧道進(jìn)行掃描，主要掃描站間距和掃描點(diǎn)密度并且保證掃描的重疊度合格。同時，對地鐵隧道的內(nèi)導(dǎo)線和水準(zhǔn)開展測量，以方便對三維坐標(biāo)進(jìn)行傳遞，傳遞的方法選用標(biāo)靶，并同時進(jìn)行隧道的三維激光掃描以獲得隧道管壁的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和標(biāo)靶點(diǎn)云數(shù)據(jù)。掌握以上數(shù)據(jù)將有利于對地鐵隧道變形監(jiān)測的觀察。2.2對數(shù)據(jù)的預(yù)處理對數(shù)據(jù)的預(yù)處理一般有四個步驟，首先是對標(biāo)靶的三維坐標(biāo)進(jìn)行計算，計算的根據(jù)是標(biāo)靶的三維坐標(biāo)。然后對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維坐標(biāo)歸算，采用的是先前計算得出的標(biāo)靶三維坐標(biāo)，將這個數(shù)據(jù)歸算到統(tǒng)一的三維坐標(biāo)系統(tǒng)，從而通過三維坐標(biāo)系統(tǒng)計算。之后對有干擾因素的噪音數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，根據(jù)隧道設(shè)計的最初的圖紙和數(shù)據(jù)，主要需要掌握的事地鐵隧道的直徑及其軸線空間位置，因此其他的如管壁外的數(shù)據(jù)可以直接剔除，而常見的有干擾影響的噪音數(shù)據(jù)主要是地鐵隧道內(nèi)的照明系統(tǒng)，以及一些電纜，螺栓等。最后是對管壁點(diǎn)云數(shù)據(jù)的提取，由于掃描時的角度和距離等原因，所以激光掃描也會有著管壁點(diǎn)云密度并不均勻，站附近的點(diǎn)密度大的缺點(diǎn)。因此為了數(shù)據(jù)的處理速度提高和精度，必須去掉密度大的一些區(qū)域。2.3三維模型的建立和成果的輸出管理在得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，就可以根據(jù)數(shù)據(jù)建立一個地鐵隧道的三維模型。然后根據(jù)三維模型就可以進(jìn)行成果的輸出。對地鐵隧道內(nèi)的管片進(jìn)行三維模型斷面的截取，然后對斷面數(shù)據(jù)做多項(xiàng)式的曲線擬合，得到的數(shù)據(jù)與設(shè)計圓片斷面比較，并得到管片最終的變化量曲線，這樣就可以比較測量的值與設(shè)計的值的有無差距，并最終判斷有無發(fā)生地鐵隧道的變形。而成果管理則是對收集的斷片數(shù)據(jù)和測量的結(jié)果進(jìn)行管理，一般會采用一套專門的地鐵隧道測量成果管理系統(tǒng)進(jìn)行管理以方便提高效率，而地鐵隧道測量成果管理系統(tǒng)會對這些斷片數(shù)據(jù)和測量的結(jié)果進(jìn)行瀏覽和分析，分析每個管片斷面的變化和變形的量的差值。3結(jié)語三維激光掃描技術(shù)在地鐵隧道內(nèi)部的應(yīng)用中可以保障掃描距離和點(diǎn)云密度，同時保障數(shù)據(jù)處理的速度和精度。同時還可以不用重復(fù)，一次性的全方位采集隧道內(nèi)部的表面數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行相應(yīng)的計算和處理，最終得到斷面的變形量。三維激光掃描技術(shù)可以有效的提升數(shù)據(jù)的采集速度和提高數(shù)據(jù)的處理效率，因此可以有效的在地鐵隧道的停運(yùn)時間段利用不長的時間對隧道進(jìn)行安全檢測，采用三維激光掃描技術(shù)