基于三维激光扫描数据的地铁隧道断面测量

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.