三维激光扫描技术及在隧道监测中的应用

三维激光扫描技术及在隧道监测中的应用【摘 要】隧道监控量测目的是通过对隧道净空收敛和沉降观测，进行数据 分析，优化隧道施工方案和设计，确定合理的安全步距和支护时间， 保障隧道施 工和工后运营安全，虽然国内外对隧道监控量测工作十分重视， 但目前监测水平 与信息化施工要求还相差甚远。本文基于三维激光扫描技术，提出隧道三维激光 扫描测量和数据可视化处理技术，经工程应用和实践，结果表明该技术可以实时、 准确、全方位获取隧道空间变形数据， 进行隧道施工变形分析和反分析， 对隧道 施工进行风险预警预报，指导隧道信息化施工，具有重要的工程应用价值。【关键词】激光扫描仪，监控量测，预警预报，信息化1引言隧道监控量测必测项目常采用水准仪、钢挂尺、收敛计和全站仪等进行测量， 但水准仪、钢挂尺、收敛计等由于测量精度不高，受隧道施工影响较大，易造成 施工阻碍，数据存储、传输、处理、分析等工作量大，工程应用不便。全站仪数 字化技术具有精度高、施测方便，数据存储、传输方便，可以直接与计算机连接， 在友好的计算机操作系统中，实现监测数据自动传输，利用计算机自动分析、处 理和查询等。隧道及地下工程修建技术不断提高的同时， 信息化施工已成为地下 工程发展的必然趋势，而工程的实时监测也将发挥更为重要的作用， 同时监控量 测的要求也越来越高，这必然促使实时监测技术飞速发展。 三维激光扫描技术可 以实时、准确、全方位获取隧道空间变形数据，进行隧道施工变形分析和反分析， 对隧道施工进行风险预警预报，指导隧道信息化施工。2三维激光扫描技术隧道三维激光扫描可视化监测技术运用数字图像处理技术和计算机视觉技 术，将人们使用各种仪器测量的数据处理， 转换成人们能够直观、形象地理解的 图像信息，帮助人们寻找数据中潜在的各种有用信息， 使人们能够对获得的数据 进行深刻、全面的理解。隧道三维激光扫描可视化监测技术采用三维激光雷达扫描仪进行隧道全断 面非接触扫描测量，监测点布设成黑白相间反光十字标靶或标志球， 测量时仪器 主动获取和存储隧道实体的点云数据，包括实体在同一空间坐标系或参考系下描 述目标实体的空间分布和目标表面光谱特性的海量点云数据集合。通过点云拼接和滤波分析等，得到隧道空间的三维实体模型，进行数字信息化处理和隧道预警 预报，指导隧道信息化施工和设计。3点云数据的获取隧道工程为一狭长结构，施工安全步距一般为几米至几十米， 三维激光扫描 仪的扫描密度是随着扫描距离的增加而下降的，所以在隧道有限的管状空间内，