基于激光扫描的隧道变形监测的误差来源及变形分析-中国科学技术大学

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1、２０１３年５月铁道工程学报Ｍａｙ２０１３第５期（总１７６）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＲＡＩＬＷＡＹＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＳＯＣＩＥＴＹＮＯ．５（Ｓｅｒ．１７６）文章编号：１００６－２１０６（２０１３）０５－００６９－０６基于激光扫描的隧道变形监测的误差来源及变形分析刘绍堂潘国荣（同济大学，上海２０００９２）摘要：研究目的：采用误差分析理论和工程实验应用研究方法，在介绍三维激光扫描技术的隧道变形监测流程的基础上提出隧道环境下扫描仪测距、测角、环境影响和数据处理引起的误差，讨论其特点，实验各因素对隧道变形分析的敏感性，研究三维激光

2、扫描技术应用于隧道环境进行变形监测的误差来源和影响规律。研究结论：（１）三维激光扫描仪用于隧道变形监测的误差有多源性，测距、测角、环境影响和数据处理引起的误差可以根据其特点采用相应的措施加以减弱或控制；（２）隧道直径的变化、隧道断面扰动频率和倾斜不影响变形误差，系统噪音和随机噪音对变形误差有较大的影响；（３）对于有大量遮挡数据集的隧道断面，只要遮挡率不超过６０％，变形监测和分析误差就不会有大的变化；（４）研究成果可应用于隧道安全监测。关键词：隧道变形监测；三维激光扫描；收敛监测；隧道变形分析中图分类号：Ｕ２５文献标识码：ＡＳ

3、ｏｕｒｃｅｓｏｆＥｒｒｏｒｓａｎｄＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＬａｓｅｒＳｃａｎｎｉｎｇＢａｓｅｄＴｕｎｎｅｌＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＬＩＵＳｈａｏ－ｔａｎｇ，ＰＡＮＧｕｏ－ｒｏｎｇ（ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｕｒｐｏｓｅｓ：Ｕｓｉｎｇｅｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｏｒｙａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓ，Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｒｓｔｌｙ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ

4、ｔｈｅｒａｎｇｉｎｇｔｕｎｎｅｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｔｕｎｎｅｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｎｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｅｒｒｏｒｓａｎｄｔｈｅｉｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｃａｕｓｅｄｂｙｒａｎｇｅｒ，ｓｃａｎｎｅｒｇｏｎｉｏｍｅｔｅｒ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｍｐａｃｔ，ａｎｄｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｎｅｘｔ，ｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｅｘ

5、ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｆａｃｔｏｒｓｔｏｔｕｎｎｅｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ．Ｆｉｎａｌｙｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｅｒｒｏｒａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｔｕｎｎｅｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ：（１）Ｔｈｅｓｔｕｄｙｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅａｒｅｌｏｔｓｏｆｅｒｒｏｒｓｏｕｃｅｓｉｎｔｕｎｎｅｌｄｅｆｏｒｍａｔ

6、ｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｕｓｅｄ３Ｄｌａｓｅｒｓｃａｎｎｅｒａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｓｃａｕｓｅｄｂｙｒａｎｇｅｒ，ｓｃａｎｎｅｒｇｏｎｉｏｍｅｔｅｒ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｉｍｐａｃｔ，ａｎｄｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃａｎｂｅｂｅｗｅａｋｅｎｅｄｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｗｉｔｈａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｍｅａｓｕｒｅｓ．（２）Ｔｈｏｕｇｈｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅｔｕｎｎｅｌ，ｔｈｅｔｕｎｎｅｌｐｒｏｆｉｌｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｉｌｔｄｏｎｏｔａｆｆｅｃｔｔｈｅｄｅｆ

7、ｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｅｒｒｏｒ，ｂｕｔｓｙｓｔｅｍｎｏｉｓｅａｎｄｒａｎｄｏｍｎｏｉｓｅａｆｆｅｃｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｅｒｒｏｒｇｒｅａｔｌｙ．（３）Ａｓｌｏｎｇａｓｔｈｅｓｈｉｅｌｄｉｎｇｒａｔｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ６０％，ｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｆｏｒｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆｏｂｓｃｕｒｅｄｄａｔａｓｅｔｓ．（４）Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｂｅｕｓｅｄｉｎ

8、ｔｕｎｎｅｌｓａｆｅｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｕｎｎｅｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；３Ｄｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇ；ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｔｕｎｎｅｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ［１－２］［３］地面三维激光扫描技术通常应用