三维激光扫描技术在米仓山特长隧道施工中的可行性应用研究_刘欢
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。
Trimble 三维激光扫描仪在隧道修缮·对比监测中的应用及其解决方案
Trimble三维激光扫描仪在隧道修缮·对比监测中的应用及其解决方案近年来，地铁以其高效、节能和稳定等优势，已逐渐成为大中城市的主要交通工具。
但地铁线路多分布在城市主要繁华区域，建筑和人群都较为密集，如不对地铁隧道的安全问题给以足够重视，势必成为整个城市交通系统的隐患。
因此，在地铁隧道的实时安全监测方面存在着巨大的技术需求；目前上海.延安东路隧道浦东至西方向进行大修缮。
采用以地面型激光扫描系统采集的三维点云为数据源，共分为4部分：狭长结构点云拼接、中轴线提取、基于邻域局部曲面拟合的断面截取和基于三次样条函数的形变曲线拟合，对地铁隧道的变形进行多次监测对比。
验证结果表明，三维激光扫描系统监测方法在数据拼接和断面截取方面均能达到工程应用的精度要求，能够快速准确的提取出隧道的形变信息；同时，对比于传统的数据采集方式，三维激光扫描技术在数据量、数据采集速度和人力要求等方面都具有比较明显的优势。
采用地面三维激光扫描技术测量隧道全断面变形,解决数据采集和数据处理两大方面的问题。
数据采集方面,为兼顾数据采集的精度与效率,通过几何分析方法对关键的扫描参数进行优化,给出测站间距和扫描分辨率的最佳取值。
讨论隧道内多个测站数据的拼接方法以及不同标靶布设方式对拼接精度的影响,建议采用全局拼接方案以减少误差。
数据处理方面,由于地面三维激光扫描的原始数据(称为"点云")不能直观地表示隧道的变形,因此提出基于点云的隧道三维建模算法,使隧道变形可视化。
通过与全站仪的精度比较试验,验证地面三维激光扫描技术在隧道变形测量中的可靠性,利用隧道三维建模算法得到的变形量与全站仪的测量结果相差在2mm以内。
其中涉及设备有天宝TX5及天宝TX8两款三维激光扫描系统，由于地面三维激光扫描技术能够高速度、高精度、高密度的获取物体表面的三维空间坐标，且无需接触被测物体，该技术已应用于隧道修缮·对比监测之中。
三维激光扫描技术在既有交通隧道快速检测中的应用
三维激光扫描技术在既有交通隧道快速检测中的应用引言在交通建设领域，隧道是不可避免的基础设施之一。
交通隧道的安全和可靠性与其设计、施工和维护密切相关。
由于隧道环境的封闭性和特殊性，使得隧道内部的安全检查、维护和修复工作毫无疑问是一项具有挑战性的任务。
因此，利用现代测量技术对交通隧道进行快速检测和监测是十分必要和重要的。
三维激光扫描技术是一种高效且可靠的测量方法，具有快速、精确、高效的特点，被广泛应用于隧道中进行快速检测。
本文主要介绍三维激光扫描技术在既有交通隧道快速检测中的应用、技术原理和实际应用案例。
一、三维激光扫描技术在隧道检测中的应用三维激光扫描技术可以非常精确地捕捉物体的三维点云信息，绘制出物体的三维模型，具有非接触式测量、快速测量、高精度等优点。
在既有的交通隧道检测中，三维激光扫描技术能够快速获取到内部结构的三维信息，包括隧道内部的地形、地貌、结构等信息。
同时，这种技术也可以通过比对不同时间的数据，快速检测出隧道结构的变化情况。
具体来讲，三维激光扫描技术可用于以下方面：1.测绘隧道地形利用三维激光扫描技术，可以快速、准确地测量隧道内部的地形。
在测绘隧道地形时，可以设置扫描参数，以获得不同密度的点云数据。
同时，还可以基于点云数据生成高精度的数字地形模型，为隧道检测和维护提供基础数据。
2.检测应力损伤交通隧道长期使用后，由于地质条件和自然力的影响，会导致结构应力损伤、破坏或变形。
使用三维激光扫描技术，可以快速获得隧道内部结构的三维形态数据，与设计模型进行比对，判断隧道内部是否存在结构应力损伤现象。
如果存在，则可以及早采取措施修复和加固，以保障隧道的使用安全和可靠性。
3.检测水位变化隧道内部的水位变化也是影响隧道使用安全的因素之一。
通过三维激光扫描技术获取的三维数据可用于检测隧道内部水位的变化情况。
通过比对不同时间的三维数据，可以快速发现隧道内部水位是否发生变化，及时地采取措施避免安全事故的发生。
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三维激光扫描仪在隧道方面 应用
三维激光扫描仪在隧道方面 应用
三维激光扫描仪在隧道方面 应用
耗时（分钟）
300 250
200 150 100
50
0 TMS方法
三维激光测量方法
从4小时到4分钟，极大提高测量效率！
三维激光扫描仪在隧道方面 应用
软件比较
• 复杂隧道表征 • 处理复杂的断面 • 局部断面处理 • 隧道外形的三角网格化 • 基本的体积计算 • 表面积计算 • 喷浆设计 (喷浆模式) • 纵向等高线 • 隧道轮廓线偏离计算 • 标示点云（比如，过挖点云） • 可视化三维隧道 • 根据点云得出断面
三维激光扫描仪在隧道方面 应用
点云数据处理
最基本的功能，多 站拼接，点云附色 ，查看等
意味着市场上所有点
云处理软件都可以处
理Faro三维激光扫描 仪扫描的数据
支持ATSM
格式
主要功能
Webshare 共享
数据共享，使远方的 同事也可以第一时间 看到工作现场
Scene5.0应用流程
原始数据
扫描仪完成扫描 将数据置入Scene5.0
三维激光扫描仪在隧道方面 应用
项目案例
公路项目的验收
三维激光扫描仪在隧道方面 应用
2 个 200mm直径的靶球 3 个三抓支架 1 个等高度的棱镜 高度和直径都经过严格检验
脚架和参考控制点
三维激光扫描仪在隧道方面应用
三维激光扫描仪在隧道方面应用
三维激光扫描技术在隧道断面检测中的应用
三维激光扫描技术在隧道断面检测中的应用摘要：迄今为止，无论从建设规模还是施工难度考察，中国已然成为世界范围内隧道建设最为发达的国家之一。
在隧道的运营过程中，隧道断面的检测是重中之重。
基于此，文章通过某隧道项目的实例分析，探究了其在隧道断面检测中的应用，通过对三维激光扫描精度进行分析，发现相比较全站仪的测量结果，两者差值在可控范围内。
同时，三维扫描影像图可作为分析隧道侧壁渗水、结构裂缝、超挖欠挖等现象的有力依据，为隧道施工提供参考并改善合理的施工措施，使得隧道施工更趋科学和安全。
关键词：隧道；信息化；断面检测；三维激光扫描1.三维激光扫描技术由于三维激光扫描技术能够快速获得全面、海量的原始点云数据，从而完整高精度地重建被测实体，因此被称为是一种“实景复制技术”。
三维激光扫描的工作原理是基于长距离的镭射扫描，其通过激光发射器发射一束集束激光信号，内部系统测量光束从接触被测物表面到返回的时间。
扫描仪通过两个镜子计算光束的水平、垂直角度，得到精确的X、Y、Z轴距，于是该点就被3D软件记录下来。
依托扫描仪每秒有几万甚至几十万个点的测量效率，对于被测物体来说，整个测量过程只需几分钟便能完成。
整个测量系统运行速度很高，能够一次性高精度、高像素地收集上百万个点。
三维激光扫描仪扫描获取的点云数据都包含色彩、坐标及物体反射率的信息，采集的坐标系统为测量仪器坐标系，与全站仪系统类似，其主要有测距、测角和辅助系统组成。
当三维激光扫描仪测得测站与目标点的距离为S时，每个激光脉冲包括了两个角度观测值，即横向角度观测值α与纵向角度观测值β，三维激光扫描仪内部的控制编码器会同时扫测这两个角度值。
在使用三维激光扫描仪进行现场测量时，在横向扫描面内是X轴，也在横向扫描面内，但与X轴垂直的是Y轴，垂直于横向扫描面的是Z轴，见图1。
根据下式获得的坐标:图1扫描点坐标计算原理图与传统断面检测技术相比，三维激光扫描测量具有以下优势：无接触测量：采用非接触扫描的方式，无需接触被测实体表面，快速采集物体表面三维信息，便于对自然环境复杂、难以人工架设仪器的目标进行测绘；测量效率高：激光点云采样密度高，测点信息丰富，具备传统测量手段无法比拟的高精度数字化数据采集；劳动强度低：极大地降低数据采集工作的劳动强度，实现了数据的自动化采集。
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隧道工程监测中的应用
三维激光扫描技术在隧道工程监测中的应用摘要：现阶段，我国进行隧道工程的地质环境更加复杂且施工条件也相对恶劣，因此对隧道工程监测技术也有了更高的要求。
以往我们所使用的测量技术多属于单点式，其局限性相对较大，但是三维激光扫描技术可以对复杂的地质情况进行精细的扫描，以获得更多的三维激光点云数据并且在这些云数据的基础上构建三维模型，以保证隧道工程监测的科学性与顺利性。
关键词：三维激光扫描技术；隧道工程监测；应用前言：结合隧道工程的开挖及支护的要求和关键控制点，通过对三维扫描仪的数据采集、数据处理和处理结果评估分析等项的应用重组和剖析，提出了及时准确实施高精度数据采集的内容和方法，以及有针对性地进行数据处理和比对的基本出发点。
可以开展检验爆破效果、判释地质状况、提供分析依据、计算工程数量、比对监测动态等方面的工作，施工实践表明该项技术在隧道施工领域有推广应用价值。
1三维激光扫描技术应用特点分析三维激光扫描技术是当前较为先进的一类隧道工程监测技术，其能够在空间三维信息的获取中表现出较强的作用价值，为了更好提升后续隧道工程监测效果，加强该技术手段的研究和运用也就显得极为必要。
三维激光扫描技术在当前具体应用中主要采用激光测距进行处理，能够较好获取空间三维坐标参数数据，结合这种三维激光扫描技术的有效运用，实现对于三维建模和虚拟处理，使该技术具备更强的作用优势，表现出了传统地形测量技术没有的效果。
隧道工程监测中三维激光扫描技术的应用确实能够表现出较强的作用优势，具体应用方式又可以细分为机载激光扫描系统、便携式激光扫描系统以及地面型激光扫描系统等。
1.1扫描速度快对于隧道工程监测工作的落实，合理运用三维激光扫描技术能够首先在效率方面表现出较为理想的优势，其能较好实现高效空间三维信息数据的获取，进而也就能够了解目标的各项相关信息，确保隧道工程监测工作得到有效落实，相对于传统隧道工程监测模式，三维激光扫描技术的耗时较短，有助于缩短整体工程时间。
一种三维激光扫描技术隧道整体变形分析方法
一种三维激光扫描技术隧道整体变形分析方法隧道工程是一项复杂而繁琐的工程。
在隧道施工的过程中，由于地质、地形、后期荷载等因素的影响，隧道的整体变形问题成为了设计和施工中需要考虑的重要问题。
因此，在隧道建设过程中，进行隧道的整体变形监测是非常必要的。
而激光扫描技术则成为一种实现这一目标的有效方法。
激光扫描技术是一种能够实时获取三维点云数据的扫描方法，在隧道建设中有着广泛的应用。
随着激光扫描技术的不断发展，其扫描精度和数据量也随之提高，使得激光扫描技术可以更加精准地获取隧道整体变形信息。
本文将结合实际工程案例，介绍一种基于三维激光扫描技术的隧道整体变形分析方法。
一、激光扫描技术在隧道建设中的应用隧道建设中的隧道整体变形监测需要采用高精度、高速度、无接触式的测量方法，而激光扫描技术正好可以满足这些需求。
激光扫描技术通过扫描激光束，实时获取被扫描物体的三维点云数据，从而反映出被扫描物体的真实形态。
在隧道工程建设中，激光扫描技术可以用于以下方面。
1、隧道开挖前的地质勘探。
在隧道开挖前，进行地质勘探是非常有必要的。
而激光扫描技术可以用于获取勘探区域的三维模型，从而了解该地区的地质情况。
2、隧道开挖过程的监测。
在隧道开挖过程中，激光扫描技术可以实时监测隧道的整体变形情况，以及隧道周边的地形变化情况，从而及时发现隧道施工中的问题并采取相应的措施。
3、隧道竣工后的监测。
在隧道建设过程中，隧道竣工后的整体变形情况也需要进行监测。
而激光扫描技术可以用于获取隧道最终形态的三维模型，从而分析隧道竣工后的整体变形情况。
由于激光扫描技术具有高精度、高速度、非接触式的特点，使其在隧道整体变形监测方面，具有广阔的应用前景。
二、激光扫描技术在隧道整体变形分析中的优势隧道整体变形监测是一项复杂而繁琐的工作。
传统的监测方法需要人工安装传感器，采集数据，从而进行数据分析和处理。
而激光扫描技术可以对整个隧道进行一次扫描，即可获得高精度的三维点云数据，从而极大地节省了监测时间和人力成本。
三维激光扫描技术在隧道超欠挖施工中的应用
三维激光扫描技术在隧道超欠挖施工中的应用摘要：科学技术的发展为三维激光扫描技术的商业化提供了基础，现阶段三维激光扫描技术在越来越多的场景中得以应用，说明了三维激光扫描技术越来越成熟。
三维激光扫描技术在地质测量方面的应用大大提升地质测量的工作效率；随着越来越多先进的三维激光扫描技术在地质测量中的应用，许多传统测量方法无法解决的问题得以轻松解决，越来越多的传统地质测量方法被三维激光扫描技术代替。
为了使三维激光扫描技术在隧道超欠挖施工中更好的应用，本文详细的分析了三维激光扫描的发展，并详细阐述三维激光扫描技术的工作流程和常见的问题，希望以此提升三维激光扫描技术在隧道超欠挖施工中的应用，促进我国地质测量工程的发展。
关键词：三维激光扫描；地形测量；精度为确保隧道初支、二衬净空，保证工程实体质量，不断提升隧道专业化施工水平，公司在张吉怀项目及后续铁路建设项目推广应用隧道三维全断面自动扫描系统。
1工程概况：立新村隧道位于湖南省吉首市双塘镇立新村，隧道全长689m，进出口里程分别为DK144+293、DK144+982；洞内设单面坡，最大埋深约60m。
本隧道为时速350km单洞双线隧道。
DK144+293～DK144+520为Ⅴ级围岩，DK144+520～DK144+730为Ⅳ围岩，DK144+730～DK144+982为Ⅴ级围岩，各级围岩预留变形量为：Ⅳ级围岩8-12cm，Ⅴ级围岩10-17cm。
2三维激光扫描技术在地形测量中的重要性三维激光扫描技术从上个世纪末开始应用于隧道超欠挖施工工作中，通过三维激光扫描技术的应用可以大大提升隧道超欠挖施工的准确性，与传统的隧道超欠挖施工方法相比，三维激光扫描技术突破了传统技术的缺陷，实现了更高精度的隧道超欠挖施工，三维激光扫描技术和GPS 空间定位系统是隧道超欠挖施工上的两大技术性突破。
利用三维激光扫描技术可以快速获取地形地貌的三维坐标数据，为实现三维制度提供了基础数据[1]。
地铁隧道变形监测中三维激光扫描技术应用
地铁隧道变形监测中三维激光扫描技术应用摘要：为解决地铁隧道变形问题，提升隧道工程的建设质量及安全。
本文以三维激光扫描技术为例对该技术在隧道变形监测中的应用要点进行探究，而三维激光扫描技术操作工艺较为成熟且易于实现，能够在不同变形区域应用，且得到监测结果数据精确，该技术值得推广使用。
关键词：地铁隧道；变形监测；三维激光；技术应用引言在地铁隧道工程项目就电视的过程中，若出现隧道变形会给工程的质量与安全造成很大的影响。
因此面对隧道变形问题时需要利用先进的技术对变形问题进行检测，从而了解隧道变形的机理以及病害范围，如此才能给后续工作开展奠定基础。
1技术概述1.1三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中，三维激光扫描技术主要是通过利用激光扫描系统进行快速扫描，而后在得到扫描数据以后进行资料整合分析，而后确定结构病害问题所在。
一般而言，在地铁隧道变形监测过程中，应用三维激光扫描技术主要分为如下四个步骤：第一步，技术人员进入到地铁隧道现场，通过架设设备的方式构建监测基准网，形成闭环观测系统。
通常来说，该监测网需要在地铁铺轨工作前就要完成建设，以保证后续施工可以顺利的进行。
第二步，分析了解隧道运行的具体情况，间隔规定的距离，埋设CPⅢ控制点，在现场设施激光反馈观测点。
根据实际经验，激光反馈观测点多数都是安装到横断面的部位上，可以快速的完成激光反馈点的收集工作。
然后，通过扫描后获得相关数据，实现数据分析和处理，从而掌握隧道变形的情况，对隧道质量判定有积极的作用。
第三步，以上述建立的监测网为基础，安装三维激光扫描仪，快速进行激光反馈测点扫描处理，从而获取三维激光扫描数据信息。
第四步，将扫描三维激光反馈点获得的数据信息综合整理，然后建设三维模型，开展综合测量与使用。
需要注意的是在进行数据分析的环节，需要保证数据的完整性，不能对数据进行更改，避免结果不正确。
1.2三维激光扫描技术特点在地铁隧道变形监测的过程中，该技术具备一定的优势：第一，效率高。