地铁隧道变形监测中的三维激光扫描技术研究

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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地铁隧道形变检测中的应用

三维激光扫描技术在地铁隧道形变检测中的应用摘要：地铁建设或运营过程中，地面、周边建筑物负载及土体扰动、隧道周边工程施工等因素会对隧道产生综合影响从而造成隧道结构变形。

地铁隧道正上方堆放大量渣土导致还未运营的线路结构产生严重形变，全站仪测量方式很难准确测绘出形变大小。

合理应用三维激光扫描技术，应对可以对隧道受损区域的检测和修复工作。

关键词：三维激光扫描技术；地铁隧道工程；形变检测1 引言三维激光扫描技术的优势在于以激光为介质，可以实现无接触测量，通过计算激光的反射时间确定距离，并且通过多点测量可以获取多个点位数据信息，进而构建三维模型，这对于地铁隧道形变检测工程施工活动的开展具有重要的参考价值，可以有效确保施工活动顺利进行。

2三维激光扫描技术三维激光扫描技术具有非接触性、快速性、高密度、实时性强等特点，在体积计算中具有显著优势。

三维激光扫描技术又叫实景复制技术，它可以通过极高速的激光扫描快速获取大量高精度的空间三维坐标，然后快速利用这些点云数据实现物体模型的建立。

三维激光扫描技术具有寻常测量技术难以企及的优势，如高精度、全自动、非接触性、高密度、数字化、实时动态等特点。

因此，它又被称为继全球定位系统技术后测绘领域的又一次技术革命。

三维激光扫描技术的优势主要表现在以下几方面：①测量作业效率高，测量速度在0.5m/s以上，在大型工程以及工期任务较紧的项目中采用三维激光扫描技术可以取得良好效果；②测量点的密度大，每个断面采样点超过500个，获取的数据信息更加全面，适用于测量环境较为复杂或者作业面较大的工程项目；③可以自主设置断面测量的间隔，适用性更强；④获取的测量成果多且全面，可以得到任意间隔多断面图，隧道表面可以量测激光影像；⑤测量成果的用途较广，在线路侵界、管片错台、裂缝、管环收敛以及隧道渗水等方面都具有参考价值；⑥不需要接触测量目标，可以实现无损检测，对测量目标不会产生负面影响，尤其是在一些具有危险性的作业环境中，可以最大限度降低作业人员的风险；⑦仪器架设的自由度比较高，相较于全站仪等传统设备来说，不需要进行对中操作，这意味着也就不会产生对中误差，并且架设地点可以灵活选择，环境影响因素较小。

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

一、引言地铁隧道变形一般是由于保护区内周边环境变化及地铁列车运行对隧道产造成的。当收敛变化量超出结构允许时，要按照不同的变形量采用不同的加固措施。地铁隧道收敛变化是长期、动态的，而地铁营运期间一般只有 3-4 小时的有效工作时间，传统方法观测速度慢（约 30 分钟 / 圈），人力成本高，很难满足定时、定期、长距离的地铁隧道收敛测量工作。三维激光扫描技术应用于测绘是近几年出现的新型技术，主要用于逆向工程与变形监测。外业数据采集精度可达到毫米级，而处理后的三维模型更优于这个精度。与全站仪相比，数据采集效率较高，且采样点数多，并形成三维物体点云模型，不仅可以用于日常定点监测，还可以实现对被监测物 360°测量。
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

地铁工程测量中三维激光扫描技术的应用

地铁工程测量中三维激光扫描技术的应用摘要：随着城镇化进程的加快，促进交通建设项目的增多。

城市轨道交通系统成为城市基础设施的重要组成部分。

而在轨道交通系统中，地铁无疑占据头部位置。

这是因为：当运行轨道建设在地下之后，在绝大多数情况下（除了强降雨引起的地铁站倒灌等极端情况），地铁列车的运行不会受到地面因素的影响，短短数分钟内，便会有一趟列车停靠在每一个地铁站，在缓解城市交通压力方面具有不可替代的作用。

为了保证地铁安全，地铁工程的整体质量是重中之重。

总体来看，地铁工程一般修建在建筑物、构筑物较为稠密地区的地下，不仅对精度要求较高，还容易受到施工路线长、施工单位多等因素的影响。

本文主要围绕三维激光扫描技术在地铁工程测量中的应用展开分析。

关键词：地铁工程测量；三维激光扫描技术；应用引言三维激光扫描技术的优势在于以激光为介质，可以实现无接触测量，通过计算激光的反射时间确定距离，并且通过多点测量可以获取多个点位数据信息，进而构建三维模型，这对于地铁工程施工活动的开展具有重要的参考价值，可以有效确保施工活动顺利进行。

1三维激光扫描技术的原理适用于隧道断面测量的地面三维激光扫描仪主要包括高精度激光测距仪和能够匀速扫描目标物的反射棱镜组成的激光扫描系统、计时系统、控制电路板、CCD相机等部件组成。

本文主要采用定点静态非接触式多站扫描方式，通过多站扫描获取整段隧道的点云数据，然后进行拼接去噪、断面提取等处理，再通过数据分析，最终获取隧道断面状态。

静态非接触式扫描主要有两种测量方式。

一种方式是将扫描仪安置在选定的控制点上，将标靶安置在后视控制点上来进行定向处理，在对中整平后开始进行扫描。

另一种方式是将标靶安置在选定的控制点上，使连续两站有同一标靶作为同名点，扫描仪可根据现场情况任意安置，在完成扫描后将控制点坐标输入标靶的拟合中心上，采用后方交会进行测站点坐标的计算。

前者优点主要是获取数据无需再进行配准拼接，但其会导致测站增多，增大外业工作量；后者则是能够有效的节省外业工作时间。

三维激光扫描在地铁隧道变形监测中的应用

三维激光扫描在地铁隧道变形监测中的应用作者：蔡志杰来源：《科学与财富》2018年第10期摘要：现阶段，地铁隧道的安全问题是人们关注的重点问题之一。

本文分析了传统地铁隧道变形监测方法的不足与三维激光扫描在地铁隧道变形监测中应用的优势，提出了利用三维激光扫描点云截取隧道横断面，并对截取的断面拟合椭圆的变形监测方法，实现了三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用。

关键词：三维激光扫描；地铁隧道；变形监测；方法对于地铁隧道来说，隧道变形监测对隧道施工及运营中的安全具有十分重要的意义。

目前，现有的监测方法主要是在隧道壁上埋点，利用全站仪、断面仪、收敛仪等进行监测。

但是这些方法既费时、费力，还无法实现对隧道的整体、实时以及自动监测。

随着三维激光扫描仪测量精度的不断提高，其应用范围逐渐扩展到形变监测领域。

在地铁隧道的形变监测中，三维激光扫描获得的点云数据可以将目前基于点的形变监测发展为基于面的形变监测，与现有监测方法相比具有巨大的优势。

1传统地铁隧道变形监测方法的不足随着城市的不断发展，地铁建设的规模逐渐扩大，受多种因素的影响，地铁隧道变形的问题愈加严重，所以对其进行监测十分必要。

在传统的地铁隧道监测中，通常需要大量的监测人员，而地铁隧道的线路较长，其监测项目多且数据量大，这就给监测工作带来了极大的困难，具体表现为：第一，监测点的数量被限制。

由于地铁隧道变形的监测点数量比较多，就使得工作量增大，监测周期加长，进而无法很好的反映地铁的变形情况。

如果减少监测点的话，就不能正确反映出地铁的变形趋势，从而使地铁隧道结构的变形荷载分析受到限制，很难进行相应的测量工作；第二，传统的监测方法无法使用高效和机动的测量手段，这会导致某些范围内交通运输的中断；第三，地铁隧道设施复杂的环境易对安全监测产生干扰。

因此需要研究一种高效、经济实用的新型监测技术。

2.三维激光扫描在地铁变形监测中应用的优势与传统的监测手段相比，利用三维激光技术对地铁变形情况进行监测具有诸多的优势，具体表现为：第一，三维激光扫描在地铁变形监测中的应用不仅可以提高监测精度，还能够快速完成地铁隧道结构变形的监测，缩短监测周期；第二，所使用的传感器经济且耐用；第三，数据采集和处理一体化，具有人工智能和实时处理的功能，最大限度减少人工参与。

三维激光扫描技术在隧道工程领域的应用综述

三维激光扫描技术在隧道工程领域的应用综述摘要：近年来，随着一大批铁路及地铁陆续开通，运营铁路、地铁、公路隧道巡检市场处于蓬勃发展时期，市场急剧增大，目前依托人工在天窗期进行巡检的方式难以适应市场对高效巡检的要求，如何创新隧道巡检方法，实现高效、准确对运营隧道巡检成为亟待研究解决的问题。

近年来，三维激光扫描测量技术因其在空间信息获取方面具有非接触测量、高精度、高分辨率、信息丰富等诸多优势而崭露头角。

本文研究了三维激光扫描技术在国内外的发展里程，给出了存在问题分析和进一步研究的建议。

关键字：三维激光扫描，隧道巡检，非接触测量1前言三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，它通过激光扫描测量方法快速获取被测对象表面的三维坐标数据及其他关键信息。

并集成惯性导航单元（IMU）、DMI组合定位定姿系统、3D激光扫描仪、多传感器同步控制单元、嵌入式计算机、电源供电系统等设备，组建轨道交通测量平台，在同步控制单元的协调下使各个传感器之间实现时空同步，快速采集轨道交通隧道的全断面时空数据。

三维激光扫描技术是一种以激光测距方式快速获取被测物体表面三维坐标及激光反射强度的测量技术，具有非接触测量、高精度、高分辨率、信息丰富等特点。

该技术所采集的高密度点云数据可直观反映物体的集合尺寸、物体表面结构的空间位置关系以及激光反射强度信息，通过CCD传感器还可以获取物体表面的色彩信息，这就为综合性检测提供了可能。

该技术不受光线条件限制，已广泛应用于工程测量、地形测绘、文物修复、逆向三维重建等领域。

2三维激光扫描技术在隧道工程领域的国外发展现状C Mair等成功地将数字摄影技术引入到隧道变形监测领域，检测系统可实现1:20的隧道断面成像后来随着激光扫描技术的快速发展。

2002年，瑞士AMBERG公司生产了GRP 3000轨道检测系统，用于轨道几何尺寸测量和限界评估，实现了快捷的轨道交通检测。

同年，Geraldine S.Cheok等从入射角、目标物颜色和测量距离方面分析了影响三维激光扫描精度的因素。

三维激光扫描仪在隧道方面应用

三维激光扫描仪能够快速获取隧道表面的三维坐标数据，通过分析这些数据，可以检测出隧道结构是否发生变形，以及变形的程度和位置，为维护工作提供依据。
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。

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。

211211003_3D_扫描技术在隧道施工中的应用

912023年3月上第05期总第401期工程设计施工与管理China Science & Technology Overview0.引言在铁路和公路项目中，隧道施工一直是重点和难点，尤其当隧道围岩等级较低，所穿越地质较为复杂时，隧道的施工难度及安全风险会大大增加。

因此，对于该类型隧道如何控制其开挖过程中围岩的稳定性，确保施工安全已受到广泛关注，也是施工中最为重要的控制点。

隧道洞内监测主测项目主要有拱顶下沉和净空收敛，其传统量测方式主要采用全站仪和收敛计来进行[1]，这两种方法不但作业程序耗费时间长，影响下一步施工工序，而且观测点设置在洞壁上，容易被损坏和破坏，导致监测数据无法连续使用，新建的反射点无法再反映围岩变形的变化情况。

全站仪测量多采用绝对坐标系，每次测量前的建站及校核繁琐复杂且耗时耗力。

在新建湖州至杭州西至杭黄高铁连接线工程鹿山隧道施工中，由于该隧道长度较长地质较差且穿越富水断层破碎带，为确保洞内围岩变形量测数据能最大程度地反映实际情况，确保洞内施工安全，项目部决定采用3D 扫描技术（即三维激光扫描技术）进行洞内围岩变形施工监测。

充分利用该技术耗时短、效率高等优点，不但可以快速完成隧道断面的变形监测工作，而且测后数据也采用计算机进行自动处理分析，然后形成三维模型，使得技术人员能够及时、准确、直观地掌握隧道洞内变形收敛情况，快速为下一步施工提供数据支撑，最大程度地降低了施工安全风险，保证了施工安全，加快了施工进度。

通过现场实际应用，3D 扫描技术在软弱围岩长大隧道围岩量测中取得很好的效果。

1.工程概况新建湖州至杭州西至杭黄高铁连接线工程（不含先期收稿日期：2022-10-02作者简介：王印（1987—），男，安徽六安人，本科，工程师，研究方向：隧道特殊地质快速施工。

3D 扫描技术在隧道施工中的应用王印（中铁十二局集团第一工程有限公司，陕西西安 710038）摘要：本文主要介绍了在新建湖州至杭州西至杭黄高铁连接线工程鹿山隧道施工中，由于该隧道长度较长地质较差且穿越富水断层破碎带，不但大大增加了施工难度和安全风险，而且使得隧道变形监控量测的工作量也随之增加。

三维激光扫描测量技术在变形监测中的应用

三维激光扫描测量技术在变形监测中的应用冯国飞(北京市矿产地质研究所北京 101500)摘要：三维激光扫描设备能够做到非接触测量，对被测对象实施扫描后，能够迅速衔接云点数据，收集被测点的形变信息。

与此同时，该技术能够对基坑与四周建筑的形变趋势做到跟踪记录，利于相关技术人员了解基坑与建筑的形变问题，从而及时采取管控措施。

该文结合某实际基坑监测工程，采用三维激光扫描设备，提出一种基于三维激光扫描测量技术的基坑形变监测方案，并详细分析方案应用过程。

希望三维激光扫描技术能够在基坑变形监测中发挥出最好的效果。

关键词：三维激光扫描技术基坑变形监测应用分析中图分类号：P225.2;TU196.1文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)16-0030-04Application of 3D Laser Scanning Measurement Technology inDeformation MonitoringFENG Guofei(Beijing Institute of Mineral Resources and Geology, Beijing, 101500 China)Abstract:3D laser scanning equipment can achieve non-contact measurement, and after scanning the measured object, it can quickly connect cloud point data and collect deformation information of the measured point. At the same time, this technology can track and record the deformation trend of the foundation pit and surrounding buildings, which is helpful for relevant technicians to understand the deformation problems of the foundation pit and buildings, so as to take control measures in a timely manner. Combined with a practical monitoring project of the foundation pit, this paper proposes a deformation monitoring scheme of the foundation pit based on 3D laser scanning mea‐surement technology by using 3D laser scanning equipment, and analyzes the application process of the scheme in detail, hoping that 3D laser scanning technology can play the best role in the deformation of the foundation pit.Key Words: 3D laser scanning technology; Deformation of foundation pit; Monitor; Application analysis传统的基坑形变监测技术有全站仪、水准仪测量等，需要在基坑的各个部位布设数多的监测点。

三维激光扫描在地铁运营隧道变形监测的应用

三维激光扫描在地铁运营隧道变形监测的应用发布时间：2022-12-30T06:43:04.583Z 来源：《工程建设标准化》2022年9月17期作者：潘磊[导读] 随着经济的发展，中国交通运输行业迎来了蓬勃发展的时期，潘磊中铁隧道勘察设计研究院有限公司广东省 511458 【摘要】：随着经济的发展，中国交通运输行业迎来了蓬勃发展的时期，在城市中的地铁建设也迎来了关键的时期，随着地铁的建设和维护，地铁隧道与轨道存在着诸多的问题，这些问题如果不解决会为地铁运营埋下安全隐患，还可能造成安全事故。

近年来，国家相关部门颁布了多项地铁轨道运营的政策来促进城市地铁的健康发展。

在众多轨道交通问题中地铁隧道变形是其中至关重要的问题，采用三维激光扫描这类先进的科学技术可以有效检测上述问题。

三维激光扫描技术使用的原理是高速激光，然后自动、快速、高精度、高密度测量地表的三维空间坐标信息，再将采集过来的数据进行整合，从而再现实景。

三维激光扫描技术与传统的测绘制图技术相比，前者更加智能化、自动化、科学化，能精确地将大数据、数字空间等信息采集，特别是经历了几十年的发展，此技术已经被运用到建筑、文物保护军事勘测以及自然灾害的预测等诸多领域，此技术已日趋成熟。

【关键词】：三维激光扫描；地铁运营隧道；变形监测引言在地铁隧道中来说，隧道变形是其中危害比较大的问题，因此，做好隧道变形监测能为隧道施工和运营保驾护航，是十分重要的一项措施。

在目前地铁隧道监测中，一般是在隧道壁埋点，然后用专业的仪表仪器来做全方位的监测，但是这样监测方法不仅需要投入大量的人力物力和时间，还无法对隧道的全貌进行自动监测。

随着科学的发展，三维激光扫描技术也在不断提升，它可以监测隧道形变，通过三维激光扫描而获取的数据可以将点的形变发展为面的形变监测，这样监测方法就更先进更科学，在地铁运营隧道形变监测中是一大进步，是质的飞跃。

一、地铁隧道变形的影响因素1、施工期间的影响一般来说，城市地铁建设一般是位于地下岩土层下的，地铁隧道挖掘方法多种多样，如明挖、覆盖法、暗挖、筛分法等，但毫无例外，每一种挖掘方法都会破坏原有地下岩土层的平衡，对地下岩土层的地质造成伤害。

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。

剖析三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用

剖析三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用摘要：三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测方面具有明显优势，不仅能够适应复杂作业环境，而且测量数据精度高、作业效率高，能够快速构建三维数据模型，这对地铁工程施工活动具有重要参考价值。

本文主要探究了三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用，并结合具体案例进行了分析。

关键词：三维激光扫描技术；地铁隧道；变形监测引言：三维激光扫描技术和传统的测量手段比较，其具备的优越较大，主要采取激光测距的原理，可自动、连续、快速的获得数据，有着高精度、高效率、高密度及低成本等优点，能将对象整体的结构与形态特性真实扫表达出来，准确、快速创建三维模型，能有效预防因点数据分析而导致的片面性与局部性。

三维激光扫描技术已在工程测量、变形监测、地形测量、勘测交通现场、数字城市、文物和古建筑保护等领域中得到了广泛的应用。

一、三维激光扫描技术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β及纵向角度观测值α，获得激光采样点的坐标。

图为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，三维激光扫描检测有以下优势：第一，无接触地完成数据的测量工作，高速的完成物体表面三维信息数据的收集和整理，也便于对于一些自然环境相对较为复杂，人工难以测量的位置进行测绘。

第二，测量的实际效率相对较高，激光点云采样的密度高，测点本身的数据信息相对较为丰富，能够完成传统测量手段无法媲美的高精度数字化数据收集工作。

整个测量系统运作的实际速度较快，能够一次性实现高精度的收集百万/秒以上的点位信息。

第三，工作中劳动强度相对较低，能够有效地降低数据收集、分析等过程中的劳动强度，实现了数据信息的自动化收集处理，避免了传统测量结果因人为因素的影响而导致最终结果的真实性偏差。

二、三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用1、制定监测方案制定科学的检测方案，是实施三维激光扫描技术监测的第一步。

三维激光扫描技术在地铁隧道变形测量中的应用

密水准测量。由于扫描角度、距离等问题，距离测站越近点云密最大值和最小值，计算出平均值。最后对Ｘ、Ｚ方向上的平均值
度越大，距离测站越远点云密度越小。同时，测量距离越远测距进行拟合，得到两个面上的中轴线方程。
误差也会越大。为了保障点云质量，测量距离一般设为１５￣３５
３．２．４隧道断面拟合
米。测站尽量布设在通视条件较好的隧道中心位置，每个测站
三维激光扫描仪采用脉冲测距法可以测出仪器到Ｐ点的距
在进行三维激光扫描的过程中由于各方面原因，不可避免
离Ｓ，同时可以测出横向角度 α 和纵向角度 θ，通过角度和距的会出现噪声点。还有些点云数据不属于噪声点，但是也不属
离即可计算出Ｐ点的坐标。
于目标点，例如：盾构管片上的连接螺栓孔、注浆孔、隧道内的照
关键词：三维激光扫描；变形测量；三维数据处理
中图分类号：P225.2,U231,U456.3
文献标识码：A

文章编号：2096-4390 （2019）20-0091-02
１地铁隧道变形测量
工作，每一站都会形成一个独立的坐标系统，点云数据配准就是
地铁隧道变形测量是地铁施工和日常监护的重要内容，关为了将多个测站各自独立的坐标系统合并成一个单一的坐标
圆环。
得隧道竖径变小横经变大。
对于长期的变形监测，可以将不同时期相同位置的断面进
结束语
行叠加，然后采用极坐标法进行比较。除此之外，可以用点云配
本文详细阐述了三维激光扫描在隧道变形测量中的方法与
准的方法进行形变分析。
原理，并通过实例证明了方法的可行性。随着技术的发展，三维
４实例验证
激光扫面技术将越来越广泛的应用于地铁隧道的各项监测工

三维激光扫描在隧道检测中的应用

三维激光扫描在隧道检测中的应用在现代交通基础设施建设中，隧道扮演着至关重要的角色。

为了确保隧道的安全运行和长期稳定性，高效、准确的检测方法必不可少。

近年来，三维激光扫描技术凭借其独特的优势，在隧道检测领域得到了广泛的应用，并取得了显著的成果。

一、三维激光扫描技术的工作原理三维激光扫描技术是一种非接触式的测量技术，它通过向被测物体发射激光束，并接收反射回来的激光信号，来获取物体表面的三维坐标信息。

在隧道检测中，扫描仪通常被安装在移动平台上，如轨道车或汽车，沿着隧道的轴线进行移动扫描。

扫描仪在移动过程中不断发射激光束，对隧道的内壁、拱顶和底板等部位进行快速、密集的测量，从而生成高精度的三维点云数据。

二、三维激光扫描技术在隧道检测中的优势1、高精度和高分辨率三维激光扫描技术能够获取毫米级甚至亚毫米级的测量精度，对于检测隧道表面的细微变形和缺陷具有重要意义。

同时，它还能够提供高分辨率的点云数据，使我们能够清晰地观察到隧道结构的细节。

2、快速和高效相比传统的检测方法，如人工测量和摄影测量，三维激光扫描技术能够在短时间内获取大量的测量数据，大大提高了检测效率。

这对于长隧道和交通繁忙的隧道尤为重要，可以减少检测对交通的影响。

3、全面和无遗漏传统的检测方法往往只能对隧道的部分区域进行测量，容易出现遗漏。

而三维激光扫描技术能够对整个隧道进行全方位的扫描，确保检测的全面性和完整性。

4、非接触式测量由于是非接触式测量，三维激光扫描技术不会对隧道结构造成损伤，同时也避免了测量人员在危险环境中的作业风险。

三、三维激光扫描在隧道检测中的具体应用1、隧道结构变形监测隧道在使用过程中，由于地质条件、车辆荷载等因素的影响，可能会发生结构变形。

通过定期对隧道进行三维激光扫描，并将不同时期的点云数据进行对比分析，可以准确地监测隧道结构的变形情况，及时发现潜在的安全隐患。

2、隧道表面病害检测隧道内壁可能会出现裂缝、剥落、渗漏水等病害。

三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用

三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用摘要：地铁隧道施工中容易受到土体、周围环境、建筑影响，工程结构容易发生变形而威胁隧道稳定性、安全性从而制约地铁稳定运行。

所以，隧道施工中进行变形监测具有重要作用，现阶段三维激光扫描技术应用较多，该技术可以提供试场中有效测程的采样密度的高精准点的云数据，建立三维模型数据场，确保监测完整性、全面性。

接下来，本文着重对三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用进行简要分析。

关键词：三维激光扫描技术；地铁隧道变形监测；应用方法传统地铁隧道变形监测信息片面、自动化程度低、工作效率不高，进而在实际应用中容易导致隧道地铁变形。

而应用三维激光扫描技术有效解决了这一问题，并且对作业环境没有较多要求，即使在黑暗条件下也可以顺利应用，工作效率高且数据搜集全面，有效符合了地铁隧道夜间作业需求。

一、三维激光扫描技术系统原理（一）三维激光扫描系统种类结合各行业应用需求三维激光扫描系统可以分为较多类型，根据搭载平台基本可以划分为几种。

测站式三维扫描仪：该设备需要保证测站稳定性，通常使用三脚架稳固。

检测原理与全站仪相近，不过测量快速包含数码相机、软件处理、激光测头等。

伴随着科学技术的进步在一定程度上也促进了该项技术进步，逐渐趋于移动式激光扫描，这种技术对稳定性无较高要求，通常把地面三维激光扫描系统集成其他系统，即：GNSS、INS。

车载三维激光测量系统：该系统综合了三维扫描仪、卫星导航定位、数码相机、控制系统，将其应用于汽车封装中能够迅速获得准确位置与状态信息、高密度三维点云数据与全景数据。

控制系统主要控制GPS记录位置控制惯导装置记录状态，激光扫描仪展开扫描控制系统控制激光信号发射，获得同步点云。

机载三维激光测量：搭载平台主要稳定直升机、无人机，现阶段有不少单位将多旋翼无人机与三维激光扫描仪融合从而应用在地形图检测中。

其中包含：高分辨度的系统HDS、CCD、INS、GNSS、计算机，可以应用在较大规模的三维地表测绘中。

三维激光扫描技术在地铁隧道形变监测的应用研究

三维激光扫描技术在地铁隧道形变监测的应用研究摘要：三维激光扫描技术可以实现无接触测量，可以适应复杂施工环境下的测量作业，测量精度高，更适应地铁工程的地下作业环境。

地铁隧道正上方堆放大量渣土导致还未运营的线路结构产生严重形变，全站仪测量方式很难准确测绘出形变大小。

提出应用三维激光扫描技术，应对隧道受损区域的检测和修复工作。

首先，阐述了应用快速绝对定位方式进行点云数据采集，其次利用自行开发的隧道点云数据处理软件，进行了隧道断面切割和收敛分析；最后分析了三维激光扫描仪对比全站仪进行隧道形变检测的特点和优势，论证了三维激光扫描技术应用在地铁隧道结构形变检测的可行性。

关键词：三维激光扫描；隧道；形变检测；收敛分析中图分类号：P258 文献标识码：A引言随着激光技术的不断发展，三维激光扫描技术的测量精度不断提高，其在变形监测、工程测量、交通现场勘测、桥梁变形监测、古建筑和文物保护、数字城市等领域的应用不断扩大。

尤其在高精度变形监测领域，三维激光扫描技术可以对被扫描物体进行全方位数据采集，从而进行整体监测，有效弥补了传统变形监测手段的片面性和局限性。

对获取的点云数据进行恰当的处理分析是三维激光扫描技术应用于变形监测的关键步骤，其中切片的提取、不同测站间切片的配准尤为重要。

1三维激光扫描技术的原理三维激光扫描技术（3D Laser Scanning Technol-ogy）是测绘领域一种高精度、立体化、自动化扫描技术，可以高效、准确获取物体表面连续、全面、关联的以及密集的坐标数据信息以及影像信息，是继GPS技术后出现的一种新型测绘手段。

以激光作为介质，通过计算输出激光的反射时间测算单点距离，通过根据激光反射的特定获取被测物体的其他相关信息，同时通过进行多点测量可以获取不同点位的坐标信息、反射率信息等，可以在短时间内获取到被测量物体比较全面的信息，在此基础上构建立体化三维模型。

相较于全站仪或者GPS等技术手段，三维激光扫描技术在数据采集效率方面具有明显优势，而且可以实现多点测量，这样就可以形成一个基于三维数据点的离散三维模型数据场，有效弥补了传统测量手段的片面性以及局限性。

(2021年整理)三维激光扫描技术在地铁隧道收敛变形监测中的应用研究

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