激光掃描在地鐵監測的應用

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實測案例

1．儀器的選用

儀器選用我院擁有的美國FAROFocus3D掃描儀，如圖1所示。這款掃描儀每秒最大掃描976000點，25m內的系統距離誤差不大于±2mm。

2．數據采集

(1)掃描參數設定

根據以往的工作經驗，整個數據采集工作選用中等速度和質量進行，分辨率設為1/5，質量設為4X，一個測站的掃描時間大約為6min30s。

(2)儀器設站及標靶球的擺放

考慮到數據采集精度及儀器的有效距離，每個測站間隔大約30m，試驗段區域左右線一共擺放了6站。在試驗段的兩端分別擺放不同數量的標靶球，用以辨認測量區域范圍。在每兩個測站之間，擺放3個以上的標靶球，注意標靶球應避免在一個平面內，以免影響拼站精度。圖2為掃描工作中標靶球的擺放。

3．數據處理

(1)點云拼接和噪點處理

利用儀器配套的FaroSense點云后處理軟件進行測站拼接。并在Cyclone軟件中刪除噪點。

(2)三角網模型的建立

在Geomagic軟件選定合適的參數對處理好的點云數據建立三角網模型。隧道的點云視圖和三角網模型視圖分別如圖3、圖4。

(3)中心線提取及斷面輸出

利用RealWorksSurvey軟件對隧道模型進行中心線的提取并按每隔2個環片輸出中心線法線方向的斷面圖，成果為DWG格式，如圖5、圖6所示。

(4)半徑的量取

在CAD軟件中，由斷面圖中心點分別沿正左、左45°、正上、右45°、正右5個方向量取半徑值。如圖7所示。

成果分析

(1)掃描儀獲取數據分析

將不同斷面各個方向的半徑值統計成表格，并生成折線圖。可以看出正上方的半徑值明顯小于其他方向上的半徑值，遵循上下縮小，兩側擴大的隧道收斂一般規律。圖8為生成的半徑直線圖。通過統計圖可以看出，隧道斷面各方向上的平均半徑在2．72m左右，其中頂部方向的半徑值基本上在2．70～2．71m之間，其他方向上的半徑值在2．72～2．74m之間，結果滿足隧道收斂測量要求如圖9所示。

(2)掃描儀模式同全站儀模式數據比較

選用本次掃描儀測量獲取的數據同前期用全站儀測量獲取的數據進行比較，由于全站儀獲取的數據是按等距離米數進行隧道斷面切割的，而不是按環片數截取的，所以這里只是選取位置接近的地方進行比較。比較成果如下圖所示。從比較結果來看，掃描儀獲取的數據和全站儀獲取的數據雖然在數值上會有一些差別，但變化趨勢基本上一致。

本文作者：張蘊明馬全明李丞鵬耿長良李響作者單位：北京城建勘測設計研究院有限責任公司