三维扫描技术应用于公路隧道收敛监测-论文.pdf

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1、■工程勘测福建建设科技2015．No．2三维扫描技术应用于公路隧道收敛监测陈德立(福建省建筑科学研究院福建省绿色建筑技术重点实验室福建福州350025)[摘要]公路隧道的收敛监测一般采用收敛计或全站仪等传统方法进行，作业时间长，环节较多。将三维激光扫描技术应用于公路隧道收敛监测，介绍了原理与工作流程，并对数据进行分析，探讨了该技术的适用性。[关键词]三维激光扫描；收敛监测；点云数据提取Applicationof3DscanningtechnologyinhighwaytunnelconvergencemonitoringAbstract：T

2、raditionalmethodssuchasconvergencegaugeortotalst~ionareusuallyusedinconvergencemonitoringofhighwaytunnel，whichtaketimeandrequiremoresteps．Thethree—dimensionallaserscanningtechnologyisappliedtothemonitoringofhighwaytunnelconvergence．Thisarticleintroducestheprincipleandworki

3、ngprocess，andanalyzesthedata，discussestheapplicabilityofthetechnique．Keywords：3Dlaserscanning；convergencemonitoring；point—clouddataextraction1引言部分。公路隧道在建成通车的运营过程中，受到顶部土体的影(1)现场踏勘与设站扫描响，会造成隧道的缓慢变形。同时在建成通车后，经年累月的在三维扫描的外业作业过程中，现场的环境往往比较复自然环境影响以及常年通行的车辆带来的尾气和粉尘，都对杂多变，不同的仪器构造和适

4、宜的工作范围也不尽相同，需要隧道内部衬砌起着长期的腐蚀与风化作用，造成表面的破损在作业前对现场的环境进行预先的踏勘，制定监测方案。一与变形。通过仪器设备对隧道的变形进行量测，分析获得的般来说，要确定控制方法并进行控制点的布置，并考虑扫描站数据，对变形值进行判断，并结合衬砌混凝土取芯强度值，从点的设置，在效率与精度间取得较好的平衡。如果要将结果而掌握隧道的整体健康状况，是隧道运营期间的重要安全保归化到绝对坐标系中，还要设置标靶球或者反射片并配合全障方法。站仪以传递坐标；利用仪器内置或外接的GNSS定位系统来隧道的收敛监测可以采用接触式与非接触

5、式的方法。接直接获取绝对坐标也是一种方便可行的办法。触式主要是采用钢尺收敛计来对隧道直径进行量取，其操作(2)数据预处理简单，但工作效率低下，且结果受作业人员影响较大，该方法数据预处理工作主要有点云数据拼接与噪声去除这两个只能获取水平位移。全站仪法是非接触式的测量方法，可以方面。在扫描作业过程中，往往需要一个以上的测站来获取获得隧道水平方向的位移以及拱顶沉降，但全站仪的三角高信息，因此在进行下一步工作前需要将各个测站的数据统一程法用于沉降测量误差较大；水平位移测量作业流程也较为到一个坐标系中，拼接可以通过特征点或标靶进行，也可以直复杂，对监

6、测点的布置，坐标的传递都要求较高，受到光线的接导入外部坐标进行拼接。拼接完成后的点云数据存在着多影响也较大，在光照度不足的时候不易取得理想的数据。余信息与噪声点，多余信息(障碍物、现场人员等)一般通过2工程概况与技术背景手工选取剔除，噪声点要借助后处理软件在内业工作中去除。某竣工于1997年的公路隧道为双向四车道，已投入运营(3)三维建模多年，为确切了解该隧道状况，受高速公路运营方委托，我院经过预处理的点云数据需要在专业的软件中进行建模，于2014年12月9日～11日对该隧道其中两洞进行净空横断如果不涉及到更深入的应用，可以采用建模效率较高

7、的三角面及二衬混凝土强度的检测，以全面了解该隧道的健康状况。网模型，相对于曲面建模来说，三角网的视觉效果较差，但对为了取得隧道断面的信息，经过分析，采用了三维激光扫描技于原始信息的保留较为有利，也适合于对坐标数值关注较多术建模的方法来对隧道做整体扫描。的变形监测工作。在变形监测建模工作中，一般不对“破洞”三维激光扫描仪工作的原理是通过内置的控制元件，控(由于被遮挡或反射率低所造成的数据空洞)数据进行修补，制激光发射部件，对被测物体发射光束，并对反射光进行解只保留有效的数据即可满足大部分需求。算，从而获取被测物体的三维坐标与反射率信息。(4)

8、断面截取三维扫描的工作流程可以分为现场踏勘与数据采集、数对于建立好的三角网模型，在确定隧道中线的基础上，可据预处理、三维建模、断面截取、成果输出与对比分析这几个以沿着法线方向按照