三维激光扫描技术在地下探测中的应用研究

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1、第1期（总第164期）No.1(SerialNo.164)2013年2月CHINAMUNICIPALENGINEERINGFeb.2013DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2013.01.025三维激光扫描技术在地下探测中的应用研究杨欢庆（上海市城市建设设计研究总院，上海200125）摘要：三维激光扫描技术克服了传统测量的局限性，在测量领域具有广阔的前景。介绍了采用三维扫描技术获取点云，以单站拟合方式获得码头斜桩可见部分的高精度三维姿态，进而预测斜桩深埋土中48m不可见部分的三维坐标。结果表明

2、通过灵活运用三维扫描技术，可以完成常规测量技术难以完成的工作。关键词：三维激光扫描；点云拟合；三维空间姿态中图分类号：TB22文献标志码：B文章编号：1004-4655（2013）01-0074-02三维激光扫描技术克服了传统测量的局限性，目标物体反射面倾斜影响和表面粗糙度影响。具有快速、无接触、精度高、主动性强及全数字特3）外界环境条件产生的误差。它主要包括温度、征等优点。通过高速激光扫描测量方法，以点云形气压、湿度等气象因素。式获取物体或地形表面的阵列式几何图像数据，高从三维激光扫描误差来源可以看出，单站扫描效、

3、大量地采集空间点位信息，准确地获取近距离定位获取的目标位置时仪器固定、目标物体反射面静态物体的空间三维模型，以便对模型进行进一步类似且观测持续的时间较短，外部环境影响一致，的分析和数据处理。其产生的误差基本相同，因此获取的目标点之间的基于三维激光扫描技术的特点，可以用于房屋相对精度是比较高的。建筑、公路、桥梁、大坝、测绘工程、复杂建筑物2实际工程应用［1］施工、大型建筑的变形监测等。上述应用基于2.1工程概况被测物体可见部分测量。本文将结合工程实例探讨某高架是进入上海境内虹桥枢纽的主要通道，三维激光扫描技术在地下障碍

4、物探测中的应用研全线为高架形式布置。在工程线路跨越吴淞江处已究。有现状码头，其基础形式采用斜桩布置，工程高架1三维激光扫描误差来源桥墩位置的布置及配套污水管道的建设选线必须予任何测量技术都不可避免存在测量误差，在三以避让。根据码头设计图纸和竣工资料，桩长48m。维激光扫描应用于实际工程前，须对其误差进行必由于施工误差等原因，斜桩灌入土中时若与设计角要的分析。影响三维激光扫描测量精度的误差来源度有少许偏差，就将导致其底部发生较大的偏移，有如下几方面。故对码头的斜桩平面位置须准确测定。1）仪器自身误差。它主要由测距误差和

5、扫描鉴于目前的探测手段和技术，无法测量地面以角度测量误差构成。测距误差表现为固定误差和比下数十米的障碍物。但可采用三维激光扫描技术对例误差，角度测量误差由水平角度扫描和垂直角度斜桩露出水面部分进行扫描，获取斜桩可见部分的扫描构成。相对测距误差目前三维激光扫描可以达三维点云进行圆柱体拟合。由于斜桩为混凝土刚性到0.5″的精度。物体，故延伸至48m桩长，得到斜桩整体的三维2）目标物体反射面有关的误差。它主要是受空间姿态，进而获得其三维坐标及斜桩圆柱体中线实际斜率（见图1，图中圆柱阴影部分为水面上部可见部分）。利用竣工图获

6、得的斜桩长度，结合收稿日期：2012-11-12三维扫描获得的实际斜桩斜率，推算其底部平面位作者简介：杨欢庆（1973—），男，高级工程师，主要从事市政工程测量、GPS数据处理。置，最终在平面图上划出警戒线。74杨欢庆：三维激光扫描技术在地下探测中的应用研究2013年第1期下，相对方式扫描时只需要在相邻的2站之间共有3个以上的同名标靶，即可实现坐标统一。2）绝对方式。它是一种将扫描仪和常规测量相结合的方式，每站的坐标通过其他仪器精确测量，直接获得标靶的绝对坐标。在本工程中，三维扫描的目的是确定斜桩圆柱体底部端点的平面

7、位置。利用扫描观测露出水面2~3m的部分桩体进行斜桩圆柱体拟合，并确定圆柱体中线，最后延伸至设计长度48m，推算获得斜桩圆柱体底部的平面坐标。由上部2~3m的部分图1斜桩扫描示意图对全长48m桩体的三维空间姿态拟合。2.2三维扫描测量应用根据误差估算，上部扫描测量误差投射到底部三维扫描测量前，在待测码头周边布设了3个坐标计算时，误差至少放大24倍，故上部圆柱体E级GPS点，并按照4等水准接测，使3个GPS拟合要求尽可能提高相对精度，即同一圆柱体扫控制点具有三维坐标。鉴于本工程主要扫描测量引描获得的点云的相对误差。同时

8、，在斜桩圆柱体桥斜桩露出水面部分，需扫描测量的范围位于码头上设置精确的标靶比较困难，为避免点云拼接时的中段，距离岸边和码头最远距离均＞100m。常G1、G2相邻点间误差的影响和放大，拟合时均采规激光扫描仪测程无法满足要求，故本次三维扫描用G1、G2单站点云拟合，获得较高的相对精度，采用徕卡HDS8800型三维激光扫描仪。其最远测最终得到端点底部