基于三维激光扫描数据的地铁隧道断面测量
三维激光扫描技术在传统地铁隧道变形监测中的应用
三维激光扫描技术在传统地铁隧道变形监测中的应用随着城市的发展，地铁隧道这一方便城市交通的工程得到了越来越多的注意，同时作为一种地下工程，地铁隧道的安全性也是使用过程中必须注意的，因此必须有相应的监测方法对地铁隧道展开变形监测。
地铁隧道变形监测对保障地铁设施的安全至关重要，而传统的监测方法在应用中起到的作用非常有限，只能够对间隔了一定距离的一部分断面的数据进行分析。
而三维激光扫描技术就是近年来得到广泛使用的监测技术的一种。
这种监测技术的通途广泛，已经大范围的应用于城市的地面模型建立和三维数据模型建立，应用于地铁隧道中时，可以有效的对地铁隧道的变形程度进行监测。
1 地铁隧道变形概念和三维激光扫描技术地铁隧道变形是指在地铁的运营过程中，地铁的隧道受到外力影响如周边的工程施工或者地铁隧道内部的工程施工以及地铁列车的运行造成的振动进而造成的隧道变形。
而三维激光扫描技术则是在1995年左右出现的一种技术，这种技术是GPS后又一项新型的测绘技术，这种测绘技术通过高速的激光对扫描对象的数据进行快速的收集、统计、分析，因为激光的效率高，计算的速度快，因此可以快速的采集大量的空间点位信息，可以快速的建立物体的三维影像模型。
因为其快速、不接触、实时动态监测和高精度的特点，在各个工程中均有着一定的应用。
而三维激光扫描技术通常由扫描仪、支架、电源、计算机以及一些配件组成。
而三维激光扫描仪就是其中最为重要的一部分，是一切的前提和基础，三维激光扫描仪由激光发射器和激光接收器、计时器、可以旋转的滤光镜、控制电路板、和微电脑等组成，因为高效的测量技术，因此其重要性往往可与GPS这门空间定位技术相提并论，不同于传统的单点测量，三维激光扫描技术具有数据收集快数据精度高和数据处理快的优点，通过对地铁隧道管壁的三维点云数据扫描，最终得到一个具有高度分辨率的地铁隧道模型。
2 三维激光扫描技术在传统地铁隧道变形监测中的应用2.1 对数据的收集通过对导线和水准测量方案的设计，然后使用激光扫描仪对需要测量的地铁隧道进行扫描，主要扫描站间距和扫描点密度并且保证扫描的重叠度合格。
三维激光扫描技术在运营期地铁隧道变形监测中的应用
2. 数据预处理 外 业 数 据 采 集 完 后， 即 时 将 数 据 导 入 scen 或 者 realvorks 中进行拼接处理。拼接时按照布置好的标志球 进行拼接，保证每个球的识别精度小于 1mm，并确保每 站不少于 6 个标志球（精度在 1mm 范围内，前后各 3 个 标志球），如超限此站重新进行测量，扫描数据软件自动 拼接，人工检查标志球的识别和拼接精度，对精度大于 1mm 的标志球重新手动选择和识别 ；数据拼接完后，软 件会行成一个关于球和整体的拼接精度。 将已经拼接合格的数据进行轴线的生成和半径的拟 合，由于施工的工艺及隧道变形，拟合出来的半径只能无 限接近设计值，对差异比较大的数据进行两次分析，在确 认扫描数据正确的情况下，根据已生成的轴线以及设计的 理论半径生成标准圆柱。实际扫描数据与标准圆柱体存在 一定的差异，软件通过不同的颜色（可设定）将差异量形 象的表示出来。 按照收集到的隧道中心线三维坐标及半径，剔除了异 常数据（如螺孔、排风管、消防水管、电线电缆，通讯照明等） 后按照 10 点 / 平方厘米的原则对点云数据进行了抽稀。 3. 三维模型建立 将已经拼接合格的数据导入到 XOR 软件中，进行轴 线的生成和半径的拟合，由于施工的工艺及隧道变形，扫
三维激光扫描技术在地铁隧道竣工测量中的应用
三维激光扫描技术在地铁隧道竣工测量中的应用摘要：隧道断面测量是隧道竣工测量中的一项重要工作，对于隧道施工的精度评价、隧道结构安全监测、验证设计线路符合程度等方面具有重要意义。
传统测量方法受采集手段的限制，存在采集速度慢、采集点数据量少、不能全面反映隧道的真实情况等缺陷。
随着激光扫描仪技术的发展和进步，其在精细三维数据建模方面具有数据精度高、采集速度快的优势，已被逐步应用到工程测量的多个领域。
将激光扫描仪技术应用于隧道竣工测量，能大大提高隧道检测数据的采集速度和精度，并能提供详尽的三维真实影像模型，直观反映隧道内部情况，是隧道检测未来的发展方向。
关键词：激光扫描仪技术；点云；隧道竣工测量引言地铁车站竣工测量是指在地铁土建施工结束后对车站内侧墙面位置、高程和结构尺寸进行测量，并通过与设计数据的比对来分析土建工程的施工质量，形成最终成果，为站后设备安装、装饰装修等工程提供综合分析和利用的准确数据。
传统的车站竣工测量方法主要采用皮尺、测距仪或全站仪测量车站结构的空间尺寸，这类测量方法存在外业工作量大、自动化程度和测量效率较低、信息获取有限、测量成果较为局部和片面等缺点。
三维激光扫描技术具有非接触测量、高分辨率、高精度、高效率、数字化采集、信息丰富等优点，能够快速、全面地获得车站结构表面的三维点云，可生成更为全面、丰富和形象的竣工测量成果，复验车站施工质量(结构和预留孔洞的施工质量以及车站净空)，及时查核或调整装饰装修方案。
此外，还可以根据点云逆向建立车站的BIM模型，还原车站各类结构的真实尺寸与净空，为大型设备安装模拟、管线空间优化与合理布留、管线铺设前全方位碰撞检查、结构变形监测、项目信息管理等应用提供完整、准确的、现实性强的基础资料。
1概述近年来，为了缓解地面道路的交通压力，各大城市都大力发展城市轨道交通。
地铁隧道工程属于百年工程，其各个环节的质量要求都非常严格，地铁隧道竣工测量作为日后地铁后续设备安装、运营维护的基础资料，其测量的准确性和数据的翔实程度至关重要。
三维激光扫描在地铁隧道变形监测中的应用浅析
三维激光扫描在地铁隧道变形监测中的应用浅析摘要：三维激光扫描技术应用于地铁监测，不仅可以减轻人员劳动强度，缩短作业时间，而且扫描得到的点云数据经数据处理及建模后可以得到隧道内部的整体变化信息，弥补了传统监测方法的不足，本文主要介绍了三维激光扫描应用于地铁监测的基本思路。
关键词：三维激光扫描隧道收敛变形三维模型随着全世界范围内的城市化进程，城市经济不断的发展，城市区域不断的扩大，城市人口迅速增长。
预计2015年我国城市人口将首次超过农村人口，达到7亿，伴随城市人口增多，机动车数量也迅速攀升，目前全国机动车保有量已超过2亿，大中城市都面临巨大的交通压力。
为缓解交通压力，全国已有25个超大城市或特大城市已经在建设或者在筹备建设自己的轨道交通系统，轨道交通具有运量大、速度快、噪音小、污染少、能耗低等优点，将成为特大城市公共交通的骨干，大中城市的主要公共交通方式。
轨道交通包括了地铁、轻轨、空中轨道列车、有轨电车和磁悬浮列车等。
本文主要论述地铁运营监测的相关内容。
1．引言地铁建设完成之后，由于复杂的地质地理因素，在一定时间内，可能会有线路既有结构的的沉降、弯曲和扭曲变形、开裂，变形缝的扩展和错动，造成结构性能指标的下降。
结构变形严重时，可能会引起结构与道床的剥离、轨道设备几何形位的改变。
地铁隧道收敛变形即指地铁隧道在营运过程中,由于受到地面、周边建筑物负载及土体扰动、隧道周边工程施工及隧道工程结构施工、地铁列车运行振动等,对隧道产生综合影响而造成隧道变形。
对新建线路的运营监测就是为了掌握和了解地铁隧道的平面位移和竖向位移情况，为地铁维护提供有效数据，保证运营安全；将监测数据反馈设计，也能为今后改进地铁设计提供依据。
传统的隧道监测，是设置一定间隔的监测点，通过监测点的变形，来获得隧道的变形数据，这种监测方法，无法达到监测点的全覆盖，可能会遗漏部分变形区域，留下安全隐患。
三维激光扫描仪使测绘从传统的单点采集数据变为密集、连续的自动获取数据，大大地增加了信息量，提高了工作效率和监测质量。
地铁盾构隧道内型面三维激光扫描检测施工工法
地铁盾构隧道内型面三维激光扫描检测施工工法深圳地铁盾构隧道内型面三维激光扫描检测施工工法一、前言地铁盾构隧道是城市地铁建设中常见的一种隧道类型，其施工质量和安全问题一直是建设过程中必须关注的重点。
为保证施工质量和安全性，一种基于三维激光扫描技术的盾构隧道型面检测方法被引入并得到了广泛应用。
本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例。
二、工法特点地铁盾构隧道内型面三维激光扫描检测施工工法具有如下特点：1. 高精度：采用激光扫描技术，可实现对隧道内型面的高精度测量，能够精确掌握隧道的几何形状和尺寸。
2. 高效率：采用自动化扫描仪，可以快速完成对整个隧道的扫描，大大提高了检测效率，缩短了施工周期。
3. 高安全性：无需人工进入隧道内进行测量，能够避免工人接触到危险环境，提高了工作安全性。
4. 高适应性：适用于各种类型的盾构隧道，无论是直线段还是曲线段，都可以应用该工法进行检测。
5. 可远程实时监控：通过与计算机系统的连接，可以对扫描数据进行实时监控和分析，及时发现问题并采取相应措施。
三、适应范围该工法适用于各类地铁盾构隧道的施工，无论是深埋段、浅埋段还是水下段，都可以通过激光扫描技术进行型面测量和检测。
同时，该工法也适用于各类地质情况，能够应对不同地层条件下的施工需求。
四、工艺原理地铁盾构隧道内型面三维激光扫描检测工法主要通过以下工艺原理实现：1. 激光扫描仪：通过激光扫描仪对隧道内的型面进行无接触式扫描，将扫描数据转化为三维模型。
2. 数据处理软件：利用专业的数据处理软件，对扫描数据进行处理和分析，生成需要的型面图和报告。
3. 实时监控系统：将激光扫描仪与计算机系统连接，实现对扫描过程的实时监控和数据分析。
五、施工工艺 1. 前期准备：选择合适的施工设备和工具，将激光扫描仪固定在适当位置，进行基准校准并调试。
2. 扫描数据采集：启动激光扫描仪，进行隧道内的自动化扫描，保持一定的扫描间距和覆盖范围，并记录扫描数据。
三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用
城市工程108产 城三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用李志静摘要：随着我国当前城市化进程的不断加快，地铁建设的数量和规模在不断地扩大，为了给人们出行保驾护航，加强地铁隧道的变形监测是非常重要的。
在我国科学技术发展的进程中，三维激光扫描就是在地铁隧道变形监测中发挥了应有的价值和效果，能够最大程度的保证地铁施工和运营的安全，在实际工作中需要加强对三维激光扫描技术了解以及认识，从而使得地铁隧道变形监测能够具备准确性和科学性的特征。
关键词：三维激光扫描；地铁隧道；变形监测在地铁隧道变形监测中，需要认识到在维护地铁安全和稳定运营的重要影响作用，在以往地铁隧道变形监测工作中，需要有多名人员及共同的配合，整个测量点较多数据测量较大，不仅浪费了大量的时间，还使得最终的监测效果无法有效提高，因此在实际工作中需要充分地发挥三维激光扫描技术的优势和作用，对实际工作起到重要的支撑作用，改变存在以往地铁运行监测中的问题以及困扰，展现三维激光扫描技术的优越性。
1 地铁隧道云数据的组织和处理在地铁隧道变形监测中，运用三维激光扫描技术之前，需要做好地铁隧道云数据的组织和处理，从而为后续工作奠定坚实的基础。
地铁隧道变形中的点云数据拼接在地铁隧道重要拼接成若干个拼接点，从而形成共同的主体实现与数据的共同控制，从而提升实际控制效果控制水平。
从整体上看，地铁隧道与数据的组织和处理要点主要分为以下几个方面：1.1 云数据的组织管理在进行云数据组织管理工作中，可以运用点云处理软件来进行有效的浏览以及输出，为了加强对地铁隧道变形监测的力度，需要提前做好隧道点云数据的组织管理，要以地铁隧道为主要的中轴线，按照层次性的分区思路进行隧道点云数据的搜集，在取中轴线时需要将地点隧道点进行投影扫描到坐标中内，之后要进行点云数据的变换，与中轴线的方向保持一致。
另外还需要按照一定的间隔，科学有序的分割云数据，形成等间隔的区域，获取最大和最小的点云数据。
三维激光扫描技术在隧道断面测量中的应用
三维激光扫描技术在隧道断面测量中的应用摘要：地下铁道工程特别是地铁隧道工程因隧道净空一般自身较小，施工地质环境与工艺复杂，特别是采用盾构法施工时，管片间错台错缝变化相对量较大，隧道后期徐变时间长且不可控与逆转，故在贯通后与运营期须进行比公路与铁路隧道更高密度的断面与特征点测量检查，以期保证行车与建筑限界不相互冲突。
随着科技发展，工程建设规模的日渐庞大，三维激光扫描技术逐渐进入地铁隧道检测中。
关键词：三维激光扫描；隧道断面测量各类型隧道工程项目竣工前都必须对项目所建隧道工程进行检查，其中最基本的一条即对隧道断面进行检测（部分顶管法施工除外），以检核其净空尺寸是否满足设计和使用功能要求。
地下铁道工程特别是地铁隧道工程因隧道净空一般自身较小，施工地质环境与工艺复杂，特别是采用盾构法施工时，管片间错台错缝变化相对量较大，隧道后期徐变时间长且不可控与逆转，故在贯通后与运营期须进行比公路与铁路隧道更高密度的断面与特征点测量检查，以期保证行车与建筑限界不相互冲突。
随着科技发展，工程建设规模的日渐庞大，三维激光扫描技术逐渐进入地铁隧道检测中。
本文仅描述三维激光扫描技术在地铁隧道贯通后在隧道断面测量中的这一功能应用，其他不作发散。
工程作业环境介绍：我司监理的某地铁工程某盾构区间贯通已有一年多，经壁后多次注浆加固和堵漏、隧道徐变自稳、隧道管片清洗后，拟准备验收移交，在此之前需再次对隧道净空断面进行测量检查。
车站内后续为移交做准备而布设的控制点已经多方测量，经检查隧道两端车站稳定，隧道贯通后洞内改建的控制点稳定，施工单位已用全站仪采集了设计单位要求测量的断面特征部位数据，第三方测量单位采用美国FARO Focus 3D三维激光扫描仪进行测量检查复核。
一、三维激光扫描技术简介三维激光扫描技术是激光扫描仪通过发射高频激光脉冲，测量每个激光脉冲从发出经被测物体表面返回仪器所需的时间差来计算距离S，以仪器中心为坐标原点，同步测量每个激光脉冲横向角度值α及纵向角度观测值β，获得激光采样点的坐标：图1扫描点位坐标计算原理图与传统的断面检测技术进行比较分析，三维激光扫描检测本身优势相对较为明显。
3D激光扫描技术在地铁隧道断面收敛测量中的应用
3D激光扫描技术在地铁隧道断面收敛测量中的应用耿直【摘要】地铁隧道断面收敛测量是地铁施工和日常监护的重要内容，关系到隧道整体的稳定性和安全性。
3D激光扫描技术利用其高采样率，能提供全面、高精度的数据，为地铁施工及运营提供安全预判的直观、精确数据，具有传统测量方法难以完成的技术优势。
本文对比传统方法与3D激光扫描技术的特点，给出3D激光扫描技术在地铁隧道断面收敛测量中的应用方法，并结合具体案例，深入分析3D 扫描技术测量的内符合性和外符合性。
%Convergence measurement in subway tunnel sections is an important element of subway construction and daily monitoring, and relates to the stability and security of the whole tunnel. Three-dimensional laser scanning technology provides those involved in subway construction and operation with intuitive and accurate predictive data at a high sampling rate. In this paper, the use of 3D laser scanning technology is compared with traditional convergence measurement methods. Based on an engineering case study, the in-conformance and out-of-conformance aspects of the laser approach are analyzed in detail.【期刊名称】《上海国土资源》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P102-104,122)【关键词】变形监测;收敛测量;3D激光扫描技术;地铁隧道;安全监护【作者】耿直【作者单位】上海市地质调查研究院，上海200072; 中国地质调查局地面沉降研究中心，上海200072【正文语种】中文【中图分类】P642.26工程性地面沉降以及区域地面沉降对城市线性工程的影响，日益受到关注和重视。
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基于三维激光扫描数据的地铁隧道断面测量
发表时间：2018-05-16T15:14:40.883Z 来源：《基层建设》2018年第2期作者：赵震
[导读] 摘要：随着我国科学技术的发展，三维激光扫描在建筑工程中越来越广。
上海建通工程建设有限公司上海 200030
摘要：随着我国科学技术的发展，三维激光扫描在建筑工程中越来越广。
在此，描述了三维激光扫描在地铁隧道调线调坡断面的测量，详细阐述了基于此技术的测量作业流程，包括控制网的测设以及点云数据的采集与处理等。
本文以某工程中隧道断面测量工作为例，将三维激光扫描断面测量成果与人工实测成果进行对比，三维激光扫描技术在数据采集效率、测量精度、成果输出方面都较传统方法有较大优势，并且在结构断面提取与成果输出方面实现了自动化，相较于同类测量方法在内业效率上有了较大提高，说明采用三维激光扫描技术能够保证测量精度，可满足地铁隧道调线调坡断面测量的需求。
关键词：三维激光；地铁；断面；调线调坡
引言
三维激光扫描技术是一项迅速发展的高新技术，它的出现为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段。
它具有非接触、精度高、速度快等特点，能大幅节省时间与成本，有效解决数字化信息采集的难题。
这些优势使其在虚拟现实、数字城市、文物保护、工程测量等领域有着广泛的应用，是目前国内外测绘领域关注的热点之一。
结构断面检测作为地铁施工检测的一项重要内容，为后期的调线调坡提供数据支持。
地铁盾构区间贯通后，需要根据规范要求进行地下导线点、地下水准点布设及测量，然后进行结构断面测量，并将测量结果作为后续线路调整的依据。
本文采用三维激光扫描仪测量代替传统的方法，将其应用于沈阳地铁结构断面检测中，保证测量精度的同时，极大地提高了作业效率。
在三维激光扫描仪数据的后处理方面，本文采用了自动化的断面提取方法，对任意里程的结构断面进行批量输出，相对于同类方法的隧道模型断面提取有了较大的改进，既简化了处理流程，也提高了效率。
1.点云数据采集
1.1扫描参数的设定
为了尽可能获取完整的隧道扫描点云数据，对扫描视场角不进行限制，即选择全景扫描模式。
扫描分辨率设定为３．１ｍｍ＠１０ｍ，在正常扫描灵敏度下的单站扫描时间约为３分３０秒，可有效兼顾测量精度与效率。
1.2测站与标靶的布设
测站应布设在不受遮挡且较为空旷的隧道中心位置处，单站尽可能扫描到较大的范围，且扫描得到的点云分布均匀。
标靶的布设在直线段将测站与标靶间的距离控制在４０－５０ｍ范围内，在曲线段将测站与标靶间的距离控制在３０－４０ｍ范围内，并根据现场情况适当进行调整。
在两测站之间布设４个来卡黑白标靶，避免布设在一条直线上并分别采用专用基座或是对中杆布设在隧道内不同高程处。
沿江城际站－科教城南站区间右线隧道长约１．２ｋｍ，共布设了１７个测站，在每个控制点上均布设徕卡黑白标靶，前后两测站均对控制点上的标靶进行观测。
2.点云数据处理
断面测量要求每隔４环管片即４．８ｍ测量一个断面，以设计线路中心线为测量基准线。
原始的点云数据采用ＬｅｉｃａＣｙｃｌｏｎｅ软件进行处理，设计线路中心线坐标文件通过自主开发的“轨道交通测量数据处理系统”进行生成，最后使用徕卡隧道形变监测系统进行断面提取与处理。
数据处理的整体流程如图２所示。
没有点云数据则在１ｃｍ的范围内搜索最近的一个点进行测量并给出对应的成果。
3.成果质量评定
在地铁隧道调线调坡工作中，主要将隧道中心位置处的左右横距与底点高程的实测值与设计值进行对比，判断是否有侵界的情况发
生，因此重点关注这些位置的测量精度。
为了评定应用三维激光扫描技术获得的断面成果的质量，采用常规断面测量方法中普遍采用的全站仪放样线路中心点并在隧道侧壁上标点测量的方法测得的成果作为真值，对其进行检核。
在沿江城际站－科教城南站区间右线隧道中按照测量要求共检测了２８５个断面，两种检测方法测得的隧道中心位置处左右横距差值最大为２３ｍｍ，均值为４ｍｍ；底高差值最大为１１ｍｍ，均值为２ｍｍ。
进行断面成果对比情况汇总。
在检测精度方面，左右横距检测差值在１０ｍｍ内的断面比例为６３．２％，差值在１０ｍｍ－２０ｍｍ内的断面比例为３５．４％，差值大于２０ｍｍ的断面比例为１．４％。
底高检测差值在１０ｍｍ内的断面比例为８９．５％，差值在１０ｍｍ－２０ｍｍ范围内的断面比例为１０．５％，无差值大于２０ｍｍ的断面。
以２０ｍｍ作为左右横距与底高检测成果的限差，则左右横距检测合格断面比例为９８．６％，所有检测断面的底高成果均合格，说明采用三维激光扫描技术进行地铁隧道断面是可靠的，测量精度可以得到保证。
结束语
相对于传统的断面测量方法，三维激光扫描技术可节约大量的人工和时间成本，具有作业效率高、可靠性强等特点，测量精度能够得到保证且在数据采集完成后能够实时根据点云数据对断面进行加密而无须外业重复作业，完全能够满足调线调坡断面测量的需求。
参考文献：
[1] 曹先革，杨金玲，刘妍，司海燕，孟祥来，张为成.基于三维激光扫描数据的地铁隧道断面测量[J].测绘与空间地理信息，2015，38（07）：4-6.
[2] 李珵.三维激光扫描隧道断面形变监测方法研究[D].河南理工大学，2014.。