TMS隧道激光扫描检测系统
三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用
0 引言隧道变形监测作为地铁隧道安全工作中的重要环节，对于监测数据的及时、高效和准确有了越来越高的要求。
三维激光扫描技术是一种以激光测距方式快速获取大量测点三维坐标的测量技术，能够克服传统测量技术的局限性，获取更加全面的隧道变形信息[1]，并可在隧道照明条件下正常工作。
该技术数据采集效率高，完成每个测站的数据采集仅用时约5 min，较好地满足了运营地铁隧道一般只能在夜间较短时间内作业的要求。
多站点云数据拼接方法作为点云数据预处理步骤之一，对后续点云数据的分析和解释起到重要作用。
该方法主要分为手动匹配和软件匹配2种：手动匹配基于特征点混合拼接法，而自动匹配基于贴附标靶。
目前，应用较广泛的是Iterative Close Point（ICP）算法，是基于点信息的点云拼接算法之一，该算法由Besl等[2]和Chen [3]提出，通过最小二乘算法的最优匹配方法，对点云数据进行多次重复配准，确定数据中对应关系点集并计算最优刚体转换和平移参数，迭代计算直至满足某个设定的误差收敛，经国内外许多学者的研究和改进，已成为3D点云匹配中的最经典的算法之一。
在已有理论基础上，通过对深圳市轨道交通2号线某隧道自动化监测红色报警区域进行三维激光扫描，得到该区域的6站点云数据，经ICP算法配准，得到6个测站的整体拼接数据，根据拼接后的数据计算各环片椭圆度变形值，与自动化监测数据对比，达到复核及补充监测的效果。
1 项目概况以深圳市轨道交通2号线长约130 m的隧道监测区域为研究对象，该区域位于市中心繁忙主干道下方，地上高层建筑物林立，易发生隧道变形。
经隧道收敛监测发现，部分区间的道床沉降、水平位移、横向收敛变化量均较大；隧道现状调查发现，区间段部分隧道管片环纵第一作者：孙泽会（1991—），男，工程师。
E-mail ：***************三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用孙泽会1，曾奇1，刘德厚2，陈鸿1，余海忠1（1. 深圳市市政设计研究院有限公司，广东 深圳 518029；2. Woodside Priory School，Portola Valley CA USA 94028）摘 要：随着测量技术的快速发展，三维激光扫描技术在地铁隧道收敛变形监测中的应用日益广泛。
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。
三维激光扫描仪在隧道方面应用
检测隧道裂缝
通过高精度的点云数据，可以发现隧道表面的微小裂缝，及时采取措施进行修 补，防止裂缝扩大对结构造成更大的影响。
隧道内部设施管理
设施位置定位
三维激光扫描仪能够获取隧道内部设施的三维坐标数据，帮助管理人员准确定位 设施的位置，提高设施维护和管理的效率。
03
隧道施工工艺优化
利用三维激光扫描仪对已建成的隧道进行扫描，获取隧道内部的实际结
构数据，与设计图纸进行对比，可以发现施工工艺中存在的问题，进一
步优化施工工艺。
隧道安全监测与维护
隧道变形监测
通过定期对隧道进行三维激光扫描， 可以监测隧道的变形情况，及时发现 和预防隧道塌方等安全事故。
隧道病害检测
利用三维激光扫描仪的高精度测量优 势，可以发现隧道内部的细微病害， 如裂缝、渗漏等，为隧道的维护和修 复提供依据。
三维激光扫描仪在隧道方面应用
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目 录
• 三维激光扫描仪简介 • 三维激光扫描仪在隧道建设中的
应用 • 三维激光扫描仪在隧道维护中的
应用 • 三维激光扫描仪在隧道科研中的
应用
目 录
• 三维激光扫描仪在隧道应用中的 挑战与解决方案
• 三维激光扫描仪在隧道应用案例 分析
01
三维激光扫描仪简介
隧道施工监控
施工进度监控
通过实时扫描隧道施工区域，获取施工进度数据，与施工计划进行对比，监控施工进度。
施工安全监控
对隧道施工过程中的危险源进行实时监测，及时发现安全隐患，保障施工安全。
三维激光扫描技术在隧洞检测中的应用
三维激光扫描技术在隧洞检测中的应用摘要：三维激光扫描是继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革命。
它集实时性、主动性和适应性好的特点于一身。
且无需和被检测对象直接接触，可以在很多复杂环境下应用。
本文以某水电站导流涵洞实际工程为例，详述了三维激光扫描技术在隧洞工程检测、数字建模方面巨大的应用潜力。
关键词：三维激光扫描；测绘；工程检测；1 概述隧道工程是我国铁路、公路的重要连接项目，项目的施工方法较多的采用了新奥法，新奥法最主要的特点是，可通过动态监测的方式，对地质条件中隧道围岩进行勘察监测，以获得精准勘察数据，做为隧道工程的支护结构设计和施工[1]。
新奥法隧道施工中，隧道监控量测工作的质量与结果，对隧道施工的安全与进度，具有重要的指导作用。
为了提升数据的准确性，真实的反映隧道围岩的地质结构，确保测量结果不出现偏差，克服现有监控量测工作缺陷，在测量上应用三维激光扫描仪，做为辅助检测设备，对隧道洞内加以监测，其可提高监控量测工作的速度与准确度，节省人力物力，有效促进隧道工程的施工建设。
2 三维激光扫描仪测量原理三维激光扫描仪测量技术是我国目前较为先进的全自动高精度立体扫描监测技术，也是新型“实景复制技术”，其主要工作原理是应用空间定位系统，对目标进行测绘，获得数据的方法，这是继GPS技术的又一项新突破。
三维激光扫描技术，以三维激光扫描获得的原始数据为点云数据，通过获取大量的点云数据，进行散点结合后形成测量结果。
这种测量方式的适时性、主动性与适应性好[2]。
应用三维激光扫描仪，通过高速精确的激光测距仪，引导激光并能够通过均匀角速度扫描的反射棱镜，通过激光测距仪主动发射激光并接受测量物体表层反射信号，每一个扫描点均能够获得一个扫描点的斜距，通过水平与垂直方向角，获得空间坐标，最后求出扫描点的三维坐标点[3]。
三维激光扫描仪主要是通过激光脉冲信号的发射，接触物体（目标点P）后并反转回接收器，获得目标与扫描仪之间的距离（S）以后，扫描仪内部控制编码器同步对每个激光脉冲横向扫描，角度横向观测值设为α，则纵向扫描角度观测值设为β。
现代测绘技术在地铁隧道变形监测中的应用研究
区域治理交通规划与工程现代测绘技术在地铁隧道变形监测中的应用研究罗子端浙江华东工程安全技术有限公司，浙江 杭州 310000摘要：全站仪自动化监测系统及三维激光扫描技术在现代化隧道变形监测中的应用，并在测量平差理论的基础上，对实测数据进行了精度分析。
结果表明，现代化变形监测技术较比传统变形监测方法在精度、效率以及自动化水平上有了明显的提高，是当今地铁隧道施工及运营维护中可靠的地保监测手段。
关键词：三维激光扫描技术；全站仪；地铁隧道；变形监测城市轨道交通是城市公共交通的骨干。
其中，地铁系统以其运量大、空间利用率高、安全节能等特点，成为当今城市化进程中优化城市交通的有效手段。
地铁建设和运营会带动沿途经济及城市建设的发展同时，会因地铁施工及沿线城市建设所造成的土体应力状态变化导致建筑物、构筑物及地铁结构的变形，从而产生安全隐患。
一、全站仪自动化监测系统全站仪自动化监测系统是集电磁波测距技术、数据库技术、移动互联网通讯及自动目标识别技术等，利用计算机语言开发，基于服务器、控制器、客户端等硬件的C/S架构的自动化测量系统。
该系统在待测区域内布设控制网，于各断面布设小棱镜，基于全站仪免棱镜测距及ATR技术实现自动化空间信息获取，其位移精度可达±0.3mm。
在实际工程应用中，以高精度电子水准仪观测沉降数据为准，对比该系统在沉降监测中的实际成果。
二、三维激光扫描技术相比传统监测方式和自动化监测技术而言，三维激光扫描技术作为变形监测领域的前沿技术，利用高速激光测距技术配合精密时钟编码器量测隧道实体空间离散矢量距离点即点云。
在扫描仪独立坐标系下的斜距、水平方向及距离、天顶距、反射强度等信息，配合CCD传感器解算空间实体拓扑信息，经过对点云数据的配准、抽稀、去噪及滤波等过程，最终实现对空间实体线、面、体等空间信息数字化高还原度重构。
三维激光扫描技术以其观测快速、主动式非接触测量、抗干扰能力强、数据精度高、成果直观等特点，适用于现代地铁高效施工及高频率运营维护中隧道变形监测工作。
城市轨道交通激光扫描测量技术标准
文章标题：城市轨道交通激光扫描测量技术标准解读与应用在现代城市化进程中，城市轨道交通系统是连接城市各个角落的重要交通网络。
但是，随着城市轨道交通线路的不断延伸和更新，轨道交通设施的安全性和舒适度也日益受到关注。
为了保证城市轨道交通系统的安全运行和高效维护，激光扫描测量技术标准的应用成为一种重要的手段。
一、城市轨道交通激光扫描测量技术标准的概念在城市轨道交通系统中，激光扫描测量技术标准是一套用于评估轨道、隧道、桥梁等轨道交通设施状况的技术标准。
通过激光扫描测量，可以全面、高效地获取轨道交通设施的三维几何信息和变形情况，为后续的维护和改造工作提供重要数据支持。
二、城市轨道交通激光扫描测量技术标准的深度解读1.激光扫描测量技术原理与方法城市轨道交通激光扫描测量技术依托激光雷达和高精度测距仪，通过扫描和测量轨道设施表面的反射信号，实现对轨道设施的精准测量。
这项技术能够快速获得大量准确的数据，为城市轨道交通设施的评估和监测提供技术支持。
2.激光扫描测量在城市轨道交通中的应用激光扫描测量技术广泛应用于城市轨道交通系统的轨道、隧道、桥梁等设施的检测与评估。
通过激光扫描测量，可以及时、全面地发现设施的变形、裂缝等问题，为轨道交通系统的安全运行提供数据支持。
3.激光扫描测量技术标准对城市轨道交通的意义激光扫描测量技术标准的实施，对城市轨道交通具有重要意义。
它可以帮助城市轨道交通管理部门及时发现设施问题，提前采取维护措施，确保轨道交通系统的安全运行。
通过激光扫描测量技术的应用，还可以为城市轨道交通设施的设计和施工提供重要的数据支持。
三、个人观点与理解从我个人的角度来看，激光扫描测量技术标准在城市轨道交通中的应用具有重要的意义。
通过这项技术的实施，可以及时发现和解决城市轨道交通设施的安全隐患，提高轨道交通系统的可靠性和稳定性。
激光扫描测量技术的应用还能为城市轨道交通的规划与设计提供更加精准的数据支持，为城市交通运输的可持续发展贡献力量。
激光隧道表面测量仪的研制
激光隧道表面测量仪的研制李德信;胡朝旭【摘要】采用激光测距元件作为测量传感器,研制了一种隧道表面测量仪。
该仪器可以实现绕两个相互垂直的轴旋转,对隧道表面的形状和物体的外形进行自动连续扫描测量,同时可以对所测量的数据进行处理,生成被测量曲面的形状图。
对该仪器原理、硬件结构和组成进行了分析、研究,根据原理图设计了硬件电路图,并选择了相关的元器件,搭接了硬件电路,设计了硬件控制软件和数据后处理软件。
应用该仪器对实际表面进行了测量并进行了处理,绘制出了所测表面的三维图形。
实际使用表明,该仪器具有性能稳定、测量速度快、使用方便等优点。
%A laser instrument was designed to measure tunnel surfaces, which used a laser distance measurement component as measuring sensor. The tunnel surface shape and the outline of the object can be measured by the instrument, which can rotate around two mutually perpendicular axes. The measured data was processed and the graphic of the surface shape was generated. The hardware structure and composition of the instrument were analyzed, the hardware circuit was designed and components were chosen. Hardware control software and data processing procedure were designed. An actual surface can be measured to draw out the 3D graphics. The advantages of this instrument were verified that has stable performance, quick measurement and convenient to use in practices.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2012(023)001【总页数】5页(P74-78)【关键词】隧道;表面;激光;测距仪;三维测量【作者】李德信;胡朝旭【作者单位】西安理工大学,西安 710048;西安理工大学,西安 710048【正文语种】中文【中图分类】U452.10 引言隧道表面尺寸、形状的测量是隧道工程施工及检测经常进行的工作。
如何使用激光扫描仪进行隧道内部测量与分析
如何使用激光扫描仪进行隧道内部测量与分析隧道是现代城市交通建设中不可或缺的一部分，它们在提供便捷交通的同时，也面临着一系列的安全和维护问题。
如何高效地进行隧道内部测量与分析，对于确保隧道的正常运行和安全性至关重要。
而使用激光扫描仪则是一种可行且高效的解决方案。
激光扫描仪是一种先进的测量技术工具，通过激光束扫描的方式，可以快速、准确地获取隧道内部的三维数据。
其工作原理是通过发射一束激光束，然后根据激光束的反射情况来确定不同物体的位置和形状。
这种技术可以覆盖大范围的测量区域，并且不需要直接接触物体，可以保持测量过程的安全性和便捷性。
首先，激光扫描仪可以用于隧道内部的测量。
在进行隧道建设或维护时，了解隧道内部的实际情况是非常重要的。
激光扫描仪可以快速获取隧道内部的几何数据，包括隧道的尺寸、形状、曲率等。
通过对这些数据的分析和比对，可以精确地把握隧道的结构特点，为隧道的设计和施工提供有力的支持。
其次，激光扫描仪可以用于隧道内部的变形监测。
隧道在使用过程中，由于承受了外力或其他因素的影响，很可能会发生变形。
传统的变形监测方法往往需要人工进行，费时费力，并且存在一定的风险。
而激光扫描仪可以快速、连续地获取隧道内部的几何数据，借助于先进的数据处理算法，可以对隧道的变形情况进行实时监测和分析。
一旦发现异常情况，可以及时采取措施进行修复，从而确保隧道的安全运行。
此外，激光扫描仪还可以用于隧道内部的缺陷检测。
隧道的正常运行离不开结构的完整性，任何细微的缺陷都可能对隧道的安全性造成严重威胁。
激光扫描仪可以对隧道内部进行全面而精确的扫描，识别出隧道中存在的任何缺陷，如裂纹、变形等。
借助于高精度的数据分析和处理技术，可以对这些缺陷的严重程度进行评估，并提出相应的维护计划。
总结起来，使用激光扫描仪进行隧道内部测量与分析，可以提高工作效率，确保工作质量，保障隧道的安全运行。
随着激光扫描仪技术的不断发展和应用，相信它在隧道工程中的作用会越来越重要。