三维激光扫描在地铁隧道形变监测中的应用

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1、第２４卷第５期测绘工程Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．５２０１５年５月ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄＭａｐｐｉｎｇＭａｙ，２０１５三维激光扫描在地铁隧道形变监测中的应用朱宁宁（河南理工大学矿山空间信息技术国家测绘地理信息局重点实验室，河南焦作４５４０００）摘要：提出利用三维激光扫描点云截取隧道横断面拟合椭圆进行形变监测的方法。方法分为隧道中轴线提取，连续断面截取和椭圆拟合。隧道中轴线通过点云在水平面上投影后搜索的上下边缘点分别拟合二次曲线求均值得到；沿隧道中轴线设定等距间隔点，在间隔点处以中

2、轴线正交方向截取断面；对截取的断面拟合椭圆并与设计值比较进行形变分析。实验表明，方法可以充分利用点云的大数据量特征，获得隧道内任意处的断面，是对目前监测方式的有益补充。关键词：隧道点云；隧道中轴线；断面截取；形变监测中图分类号：ＴＵ１９６文献标识码：Ａ文章编号：１００６－７９４９（２０１５）０５－００６３－０６Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ３ＤｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇｔｏｔｈｅｓｕｂｗａｙｔｕｎｎｅｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇＺＨＵＮｉｎｇ－ｎｉｎｇ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉ

3、ｎｅＳｐａｔｉａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｔｉｏｎａｌＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＳｕｒｖｅｒｙｉｎｇ，ＭａｐｐｉｎｇａｎｄＧｅｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｈｅ’ｎａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ４５４０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｕｓｉｎｇ３Ｄｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｆｏｒｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｕｎｎｅｌａｘｉ

4、ｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｒｏｆｉｌｅｃｌｉｐｐｉｎｇａｎｄｅｌｌｉｐｔｉｃａｌｆｉｔｔｉｎｇ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｔｕｎｎｅｌａｘｉｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｉｎｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｐｌａｎｅｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｔｈｅｕｐｐｅｒａｎｄｌｏｗｅｒｅｄｇｅｐｏｉｎｔｓｓｅａｒｃｈｅｄａｒｅｆｉｔｔｅｄｑｕａｄｒａｔｉｃｃｕｒｖｅｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｍｅａｎ．Ａｌｏｎｇｔｈｅｔｕｎｎｅｌａｘｉｓｔｈｅｅｑｕｉｄｉｓｔａｎｔｉｎｔｅｒｖａｌｓａｒｅｓｅｔ，ｗｉｔｈｃ

5、ｅｎｔｒａｌａｘｉｓｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｃａｐｔｕｒｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎａｔｉｎｔｅｒｖａｌｓ．Ａｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｉｓｍａｄｅｔｏｃｏｍｐａｒｅｆｉｔｔｉｎｇｅｌｌｉｐｔｉｃａｌｗｉｔｈｔｈｅｄｅｓｉｇｎｖａｌｕｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｍａｋｅｆｕｌｌｕｓｅｏｆｔｈｅｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｏｆｄａｔａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄ，ａｎｄｇｅｔｉｎａｎｙａｒｅａｏｆｔｈｅｔ

6、ｕｎｎｅｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄ；ｔｕｎｎｅｌａｘｉｓ；ｐｒｏｆｉｌｅｅｘｔｒａｃｔ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ隧道的形变监测对隧道施工及运营中的安全监测发展为基于面的形变监测，与现有监测方法相［６－１２］具有重要意义，现有的监测方法主要是在隧道壁上比具有巨大的优势。［１－３］埋点，利用全站仪、断面仪、收敛仪等进行监测，本文提出以隧道中轴线为基础连

7、续截取断面但这些方法不仅费时费力，更重要的是难以实现对的方法，并对截取的断面拟合椭圆，将拟合椭圆的隧道的整体、实时、自动监测。随着三维激光扫描长、短半轴分别与隧道设计值进行比较，获得隧道［４－５］仪测量精度的不断提高，其应用范围逐渐扩展到在水平和竖直方向的形变量，对形变量较大的断面形变监测领域。在地铁隧道的形变监测中，三维激进行分析得到变形量较大的点位分布。光扫描获得的点云数据可以将目前基于点的形变１监测方法收稿日期：２０１４－０４－２３；修回日期：２０１５－０１－０４从隧道点云中提取出中轴线，然后

8、沿隧道中轴基金项目：精密工程与工业测量国家测绘地理信息局重点实验室开放基金项目（ＰＦ２０１２－４）线等间隔连续截取隧道断面并对截取的断面拟合作者简介：朱宁宁（１９８８－），男，硕士研究生．椭圆，分析拟合出的长、短半轴与设计半径的差异，ChaoXing·６４·测绘工程第２４卷最后针对差异较大的断面找出形变量较大的点位。时方位角的起始方向为Ｙ轴反向；从隧道点云中任１．１中轴线提取选一种子点，设定搜索半径ｒ，计算搜索半径内各点针对隧道点云带状分布的特征，提出利用方位与种子点