隧道扫描测量系统全面检测技术
扫描隧道显微镜原理与制备技术介绍
扫描隧道显微镜原理与制备技术介绍扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）是一种基于量子隧道效应的高分辨率显微镜，用于观察固体表面的原子及分子结构。
本文将详细介绍扫描隧道显微镜的原理和制备技术。
扫描隧道显微镜通过利用尖端和样品表面之间的量子隧道效应，实现对表面形貌和电子结构的观察。
其原理可以简单描述为：在一个真空中，尖端电极和样品表面之间加上一个微小的直流电压，当尖端和样品非常接近时（约 1 nm），由于量子隧道效应的存在，电子会从尖端隧道穿过真空障垒，进入样品表面或从样品表面进入尖端。
通过测量电流的强度和偏置电压的变化，就可以对表面的电子结构和拓扑形貌进行分析和显微观察。
扫描隧道显微镜的制备技术涉及到多个方面，包括尖端制备、样品制备和探测系统的搭建。
首先，尖端制备是制备扫描隧道显微镜不可或缺的一步。
常用的方法有机械断裂法和电化学腐蚀法。
机械断裂法是将一根金属丝折断，使其末端形成尖端结构，常用的金属有铂铱合金。
电化学腐蚀法则是通过在电解液中腐蚀尖端材料来制备尖端。
这两种方法制备出的尖端直径一般为1-10纳米，且需要在真空条件下进行。
其次，样品的制备也是扫描隧道显微镜研究中的重要步骤。
制备样品需要考虑到其几何形状和电导特性。
通常，我们可以使用化学气相沉积、物理气相沉积、溅射沉积等方法制备样品。
这些方法可以制备出晶体、薄膜和纳米颗粒等不同形式的样品。
最后，搭建扫描隧道显微镜的探测系统是整个研究的核心。
探测系统主要包括扫描器、样品台和信号采集与处理系统。
扫描器用于控制尖端在样品表面的位置，实现对样品进行扫描。
样品台则用于固定样品并提供电流给样品。
信号采集与处理系统用于测量和处理电流信号，并通过计算机进行数据的可视化和分析。
总结起来，扫描隧道显微镜的原理是基于量子隧道效应，利用电流强度和偏置电压的变化来观察固体表面的原子和分子结构。
其制备技术包括尖端制备、样品制备和探测系统搭建。
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地铁隧道施工质量检测中的应用研究
三维激光扫描技术在地铁隧道施工质量检测中的应用研究王智;李勇;张洪德;曹庆磊;门茂林【摘要】地铁隧道在施工过程中,需实测初支断面和二衬断面空间形态,进而计算断面超欠挖量来检验施工质量,初支断面的超欠挖分析数据可以指导后续二衬施工,实测的二衬断面与设计数据进行对比分析,为后续调线调坡提供依据,传统的断面测量方法以单个点描绘隧道开挖质量,无法完整展现隧道空间形态及施工质量,以三维激光扫描仪代替传统手段不仅作业效率高、成果展现形式多样,其可以进行三维建模对地铁隧道进行漫游和空间分析处理,具有传统测量手段无法比拟的优势,以青岛地铁工程为例介绍了三维激光扫描技术在地铁隧道施工中的应用,得到了一些有益的结论.【期刊名称】《城市勘测》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】3页(P114-116)【关键词】地铁隧道;三维扫描;断面测量【作者】王智;李勇;张洪德;曹庆磊;门茂林【作者单位】青岛市勘察测绘研究院,山东青岛266032;青岛市勘察测绘研究院,山东青岛266032;青岛市勘察测绘研究院,山东青岛266032;青岛市勘察测绘研究院,山东青岛266032;青岛市勘察测绘研究院,山东青岛266032【正文语种】中文【中图分类】P234.41 引言地铁隧道开挖是隧道施工的重要工序，超挖过多，不仅因出渣量和衬砌量增多而提高工程造价，而且由于局部超挖会产生应力集中问题，影响围岩稳定性；而欠挖则直接影响到衬砌厚度，对隧道质量及后期运营产生安全隐患[1]。
因此超欠挖控制是地铁隧道施工质量评定的重要内容之一，进行超欠挖控制的方法是使用测量仪器观测隧道断面若干个点，形成实际的开挖轮廓线，并在同一坐标系中与设计轮廓线进行比较，从而获取断面的超欠挖量和部位，供有关部门进行综合分析利用，及时指导下一步施工[2]。
目前对地铁隧道进行断面测量主要有两种方法，一种是断面仪法[3]，这种方法需要先放样出隧道中心线，然后在指定里程的隧道中心线处架设仪器，按照设定的测量参数对当前里程断面进行空间数据采集，作业效率较低，且断面仪用途单一。
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。
隧道测量实用知识点总结
隧道测量实用知识点总结一、测量仪器的选择和使用1. 高精度全站仪：在隧道测量中，高精度全站仪是一种非常常用的测量仪器。
它具有测角、测距和测高等功能，可用于测量隧道轴线、截面和地形等。
在选择全站仪时，应根据具体的测量要求和工程环境，选择合适的测距精度、角度精度和工作温度范围等参数。
在使用全站仪时，应注意保持仪器的稳定性和观测的准确性，避免在强风、雨雪等恶劣天气条件下进行测量。
2. 激光测距仪：激光测距仪是一种用激光束测量距离的专业测量仪器。
在隧道测量中，它可用于快速测量通风孔、道岔口、排水孔等位置的坐标和高程。
在选择激光测距仪时，应注意其测距精度、测距范围和工作稳定性等指标。
在使用激光测距仪时，应选择合适的测量环境，避免在强光、强尘、多雾等情况下进行测量。
3. 激光测量仪：激光测距仪和激光测量仪在外形上很相似，但在功能上有一定区别。
激光测距仪主要用于测量点到点的距离，而激光测量仪则可用于复杂地形和结构的三维测量。
在隧道测量中，激光测量仪可以用于测量隧道断面、支护结构和地质构造等。
4. GPS测量仪：全球定位系统（GPS）是一种用于测量地球表面坐标的卫星导航系统。
在隧道测量中，GPS可以用于测量隧道入口和出口的地理位置，以及隧道上部地质构造的坐标。
在选择GPS测量仪时，应考虑其测量精度、多路径效应和信号强度等因素。
在使用GPS测量仪时，应尽量选择没有遮挡的开阔地区进行观测，避免遮蔽信号和增加误差。
5. 其他测量仪器：除了以上常用的测量仪器外，还有一些其他特殊用途的仪器可以用于隧道测量，如探地雷达、地形扫描仪、便携式高精度测距仪等。
在选择和使用这些仪器时，应根据具体的测量任务和工程要求，进行合理的选择和布设。
二、隧道测量的原理和方法1. 点的测量：隧道测量中，点的测量是最基本的工作之一。
包括定位点的坐标和高程、关键控制点的坐标和走向、隧道截面点的坐标和形状等。
在点的测量中，应注意选择合适的测量方法，如单次测距法、交会测量法、三角测量法等，确保测量的准确性和可靠性。
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。
国内外隧道监控量测技术发展现状综述-概述说明以及解释
国内外隧道监控量测技术发展现状综述-概述说明以及解释1.引言1.1 概述隧道监控量测技术是指利用各种传感器和监测设备对隧道结构、环境和运行状态进行实时监测和数据采集的技术手段。
随着隧道建设的不断发展，隧道监控量测技术也取得了长足的进步。
国内外的隧道监控量测技术发展现状在本文中将进行综述和比较分析。
本文主要从技术应用范围和技术应用案例两个方面对国内外的隧道监控量测技术进行调研和概述。
在国内，随着隧道建设规模的逐渐扩大和隧道工程的不断增多，隧道监控量测技术也取得了显著的进展。
目前，国内的隧道监控量测技术已经广泛应用于高速铁路、公路、地铁等各个领域。
通过传感器、激光雷达、摄像机等设备的安装和数据采集，可以实时监测隧道结构的变形、裂缝、应力等情况，及时发现潜在的安全隐患，提高隧道的运行安全性。
在国外，隧道监控量测技术的发展也非常迅速。
许多发达国家和地区，如欧洲、美国、日本等，已经在隧道监控量测技术方面取得了重要突破。
他们利用传感器、监测系统和数据处理算法等手段，实现了对隧道结构、车辆行驶状态、环境变化等多个方面的监测与分析。
这些技术的应用在改善隧道安全性、提高运行效率等方面都有着重要的作用。
本文将重点介绍国内外隧道监控量测技术在技术应用范围和技术应用案例方面的发展现状。
通过对比分析国内外的发展情况，可以为我国的隧道监控量测技术提供经验和借鉴，为我国的隧道建设和运维提供科学的决策依据。
同时，本文还将对隧道监控量测技术的发展趋势进行探讨，为未来的技术研究和应用提供参考。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下的方式进行编写：1.2 文章结构:本文分为三个主要部分进行讨论。
首先，在引言部分，我们将概述国内外隧道监控量测技术发展的现状，并明确本文的目的。
其次，在正文部分，我们将分别讨论国内和国外隧道监控量测技术的发展现状。
在国内部分，我们将介绍技术应用范围，并通过案例来展示隧道监控量测技术在实际工程中的应用情况。
三维激光扫描技术在隧道施工应用中的新进展杨再玉
三维激光扫描技术在隧道施工应用中的新进展杨再玉发布时间：2021-11-08T06:29:53.808Z 来源：《基层建设》2021年第22期作者：杨再玉[导读] 近年来，我国的隧道工程建设有了很大进展，在隧道施工的过程中，三维激光扫描技术有了很大进展中国建筑第五工程局有限公司湖南省长沙市 410000摘要：近年来，我国的隧道工程建设有了很大进展，在隧道施工的过程中，三维激光扫描技术有了很大进展。
隧道变形监测是一项高精度、高要求、高难度的工作，通过三维激光扫描技术的应用，一次扫描后便可根据数据创建三维矢量模型，用于反映隧道的变形情况，给质量控制以及施工技术优化等工作的开展提供了可靠的依据。
本文分析了三维激光扫描技术，重点探讨三维激光扫描技术在其中的应用要点。
关键词：隧道工程；三维激光扫描；监测技术引言地铁隧道工程测量，常采用全站仪、水准仪等传统测量方法，由于环境差、光线昏暗，严重影响了测量效率和精度，且存在安全隐患。
相比于激光隧道断面仪、隧道限界检测车、摄影测量，三维激光扫描仪能够适应地铁环境，且应用面更广。
三维激光扫描技术具有“形测量”特点，可在阴暗潮湿的环境下自动扫描，无需人工对中、瞄准、跑尺，可快速获得以点云形式表达的空间三维面数据。
近些年大量实验证明了激光扫描在地铁测量的优势，外业作业自动化，使得地铁隧道工程测量的效率得到了较大提升。
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。
测绘技术中的测量桥梁与隧道的方法与要点
测绘技术中的测量桥梁与隧道的方法与要点引言：桥梁和隧道是现代城市建设中不可或缺的基础设施，它们承载着人们的出行和物资运输。
在建设之前，准确测量桥梁和隧道的位置和形状对于工程的设计和施工至关重要。
本文将介绍一些测绘技术中测量桥梁与隧道的方法和要点，以帮助读者更好地理解和应用这些技术。
一、测量桥梁与隧道的常用方法1.全站仪法：全站仪是一种综合测量仪器，能够同时测量水平角、垂直角和斜距，具有高精度和高效率的特点。
利用全站仪可以快速测量桥梁和隧道的空间坐标和形状参数。
2.激光扫描法：激光扫描是一种非接触式测量方法，通过激光器产生的激光束对目标物进行扫描，利用接收器接收反射回来的激光，并根据时间差计算距离。
激光扫描技术可以快速、准确地获取桥梁和隧道的三维点云数据，为后续的建模和分析提供基础。
3.卫星定位法：卫星定位技术是一种基于卫星导航系统的测量方法，如GPS（全球定位系统）。
通过在桥梁和隧道上放置接收装置，利用卫星信号进行定位和测量。
这种方法可以实时测量桥梁和隧道的形变和位移，评估结构的稳定性和安全性。
二、测量桥梁与隧道的要点1.选择适当的测量方法：根据具体工程要求和实际情况选择合适的测量方法。
全站仪法适用于小范围的测量，如桥墩高程、隧道截面尺寸等；激光扫描法适用于大范围的测量，如桥梁整体形状、隧道内部结构等；卫星定位法适用于长期监测和形变分析。
2.保证测量精度：桥梁和隧道的测量需要高精度的数据，因此在测量过程中要注意使用高质量的仪器设备，并根据要求进行仪器校准和精度验证。
此外，环境因素（如气温和大气湿度）对测量结果也有一定影响，因此要对这些因素进行补偿和修正。
3.安全措施：在进行测量作业时，要注意个人安全和工地安全。
需要严格遵守相关规定和操作规程，佩戴必要的防护设备，并做好现场交通组织工作，确保安全通行。
4.数据处理与分析：测量完成后，需要对所得到的数据进行处理和分析。
常见的处理方法包括数据平差、配准和建模等。
高速公路隧道机电设施检测技术要点与控制措施
高速公路隧道机电设施检测技术要点与控制措施隧道是连接城市之间的重要通道，在交通运输中起着至关重要的作用。
而隧道中的机电设施不仅直接影响着隧道的运行安全，也关系到隧道的运行效率和能源消耗，因此对隧道机电设施进行定期检测和维护就显得尤为重要。
本文将从高速公路隧道机电设施检测技术的要点和控制措施两个方面进行阐述，希望对相关工程师和技术人员有所帮助。
一、检测技术要点1. 数据采集系统数据采集系统是隧道机电设施检测工作的基础，它的准确性和稳定性将直接影响检测结果的可靠性。
数据采集系统应包括温度、湿度、通风、照明、视频监控等方面的监测设备，以确保对隧道内部各项设施的全面监测和数据采集。
2. 检测设备为了对隧道的机电设施进行全面检测，需要配备各种专业的检测设备，如红外热像仪、振动测量仪、噪声测量仪等。
这些设备能够帮助工程师全面地了解隧道内部机电设施的运行情况，并及时发现可能存在的问题。
3. 检测方法隧道机电设施的检测方法多种多样，需要根据具体情况采用不同的检测手段。
常用的检测方法包括可视检查、非接触式检测、动态检测等，工程师需要结合隧道内部的实际情况，选择合适的检测方法进行检测工作。
4. 检测标准建立科学合理的检测标准是隧道机电设施检测工作的重要前提。
相关部门应根据国家、行业的相关标准和规范，结合隧道自身的特点和实际情况，建立起完善的隧道机电设施检测标准，以保障检测结果的准确性和可靠性。
二、控制措施1. 定期维护对于隧道内部的机电设施，定期维护是保障其正常运行的关键。
隧道管理部门应制定完善的维护计划，定期对隧道的机电设施进行检修和养护，保证其在任何情况下都能够正常运行。
2. 强化保养隧道机电设施的保养工作也是非常重要的，只有经过精心的保养工作，这些设施才能保持良好的状态。
相关部门应加强对隧道机电设施的日常保养工作，定期更换易损件，清洁设备表面等，以延长设施的使用寿命。
3. 灾害预警隧道机电设施的检测工作还应与灾害预警系统相结合，一旦发现设施存在严重问题，应及时采取措施进行维修和处理，避免出现灾害事故。
隧道病害快速检测技术现状与研究
3两种检测技术的对比分析
经过上述对摄像测量快速检测技术和激光扫描快速检测技术的研究，并且详细分析了各个检测技术较为典型的测量系统，从而对这两种检测技术的主要内容和特点进行了归纳总结如表1，并分析了这两种检测技术的优缺点。
表1隧道病害快速检测技术对比
摄像测量隧道病害快速检测技术由于工业相机的分辨率很高，尤其是线阵工业CCD，分辨率高达0.2mm/像素，经扫描后得到的衬砌影像图像素也很高，能够更加精准的检测出隧道内较细微的裂缝。但是，摄像测量隧道病害快速检测技术需要均匀性好的光源，光源均匀性的优劣，直接影响了图像成像的质量，从而决定图像识别算法的效果[5]。此外，这种检测技术需要人工修正和计算机自动识别相结合才能完全自动识别隧道病害，由此产生的人工修正工作量就很大。
2.2瑞士GPR5000检测系统
瑞士GPR5000检测系统是通过利用激光扫描仪全方位扫描检测隧道，获得隧道的高清影像图。将隧道内裂缝长度、宽度、位置和渗水面积等参数输入到Excel表格中分析其图形报表，这些参数通过是计算机自动计算得到的。瑞士GPR5000检测系统是一个集精密机械制造、高工业标准、高精度传感器以及多种功效显著的实用功能为一体的检测系统，能充分满足用户对隧道检测病害、精度和实用性的要求。该系统中的激光扫描仪能够扫描获得50万个/秒测点断面数据。数据中包括了扫描位置的反射率和几何尺寸信息等。当在轨道行走的小车上的高速旋转的激光扫描仪发射出的激光对隧道表面进行全断面扫描，经过对发射和接收的激光信号的分析，得到衬砌内表面的影像图，并得知隧道衬砌表面各点和轨道中心线的距离。以上的测量结果是对隧道表面安全状态评估的基础资料。
工程测量监理中的隧道工程测量和监控方法
工程测量监理中的隧道工程测量和监控方法隧道工程作为一种重要的交通基础设施，对于国家经济的发展和社会交通的便利起着至关重要的作用。
隧道施工具有复杂性和风险性，因此在工程测量监理中，隧道工程的测量和监控方法显得尤为重要。
本文将从隧道工程测量和监控方法的基本原则、技术手段以及实施过程等方面进行探讨。
一、隧道工程测量和监控的基本原则1. 精确度要求：隧道工程的测量和监控要求高精度和高准确性，以保证施工的质量和安全。
2. 实时性要求：隧道工程的测量和监控需及时反馈相关数据，以确保施工过程中的问题及时发现和解决。
3. 综合性要求：隧道工程的测量和监控需要综合运用多种技术手段和方法，以全面了解施工情况。
4. 长期性要求：隧道工程的测量和监控需要进行全程监测，以保证施工后的运行和维护安全。
二、隧道工程测量和监控的技术手段1. GNSS（全球导航卫星系统）测量技术：通过使用卫星信号进行无线电测量，实现隧道工程的位置测量和高程控制，并能够提供高精度和实时性的数据。
2. 激光扫描测量技术：通过利用激光测距仪和激光扫描仪，对隧道内部的形状、尺寸和变形进行非接触式测量，可以提供三维立体模型和变形分析。
3. 高精度全站仪测量技术：通过使用全站仪进行高精度的位置和方位测量，对隧道的几何形状和地质变化进行监测。
4. 计算机辅助设计与监测系统：通过运用计算机辅助设计和监测系统，实现对隧道的统一管理、数据分析和报表生成，提供全面的监测信息。
5. 动态变形监测技术：通过使用动态变形监测设备，对隧道结构的挠度、监测点的沉降和位移等变形进行实时监测。
三、隧道工程测量和监控的实施过程1. 前期准备：确定监测目标和区域，制定测量监控方案，并选取合适的技术手段和设备。
2. 建设前监测：在隧道施工前进行基线测量和地质勘探，以获取基础数据，并进行监测点的布设。
3. 施工过程监测：隧道施工过程中，按照监测方案进行实时监测数据的采集和分析，及时发现并处理施工中的问题。
隧道控制测量技术方案
隧道控制测量技术方案1. 引言隧道建设是现代交通基础设施建设中的重要组成部分，隧道的安全和控制是保障交通安全的关键。
本文将介绍一种针对隧道控制的测量技术方案，该方案能够实时监测隧道内部的状态，并根据实时数据采取相应的控制措施，以确保隧道的安全运行。
2. 技术原理隧道控制测量技术方案主要基于传感器的应用，通过采集各种传感器所测得的数据，并对数据进行处理和分析，从而实现对隧道内部环境的监测和控制。
首先，需要部署一系列传感器来收集隧道内部各种参数的数据，例如温度、湿度、气压、烟雾等。
传感器可以采用多种技术，例如红外线传感器、压力传感器、光敏传感器等，以满足不同的测量需求。
接下来，收集到的数据将被传输到数据处理单元，该单元可以是一个专门的服务器或控制器。
在数据处理单元中，数据将被分析和处理，以确定隧道的状态和变化趋势。
例如，利用温度传感器数据可以检测到隧道内部是否有异常高温的情况，利用烟雾传感器数据可以检测到是否有火灾发生。
最后，根据分析得到的数据结果，可以采取相应的控制措施来确保隧道的安全运行。
例如，当检测到异常高温时，可以立即启动通风系统来降低温度，或者触发火灾报警系统通知相关人员进行应急处理。
3. 技术方案的关键点在实施隧道控制测量技术方案时，需要注意以下几个关键点：3.1 传感器的选择和布置传感器的选择和布置直接影响到数据采集的准确性和可靠性。
在选择传感器时，需要考虑其测量范围、精度、响应速度等因素，并根据实际情况进行合理布置，以确保能够全面监测到隧道内部的状态。
3.2 数据处理和分析算法数据处理和分析算法对于准确判断隧道状态和变化趋势至关重要。
在设计数据处理单元时，需要选择合适的算法来对收集到的数据进行处理和分析，从而准确判断隧道的安全状态，并及时采取相应的控制措施。
3.3 控制系统的响应速度由于隧道内部环境可能会发生突发变化，控制系统的响应速度对于保障交通安全至关重要。
在设计控制系统时，需要考虑响应速度，并采用高效的控制算法和传输方式，以确保在最短时间内采取相应的控制措施。
隧道施工监测中的测绘技术与变形监测方法
隧道施工监测中的测绘技术与变形监测方法引言：隧道工程是指在地下开凿的管道或通道，用于交通运输、供水、能源输送等各个领域。
然而，由于地质条件、隐患等因素的存在，隧道施工过程中会面临诸多挑战。
其中之一就是需要进行准确的测绘技术和变形监测，以确保隧道的安全建设和运营。
本文将讨论隧道施工监测中的测绘技术与变形监测方法。
1. 隧道测绘技术隧道测绘技术是指通过精确测量和记录隧道的地理和几何特征，以便进行隧道设计和施工。
主要包括以下几种方法：1.1 高精度全站仪测量高精度全站仪是一种测绘工具，可以通过跟踪光束的方式来测量地面或物体的三维坐标。
在隧道施工监测中，高精度全站仪可以用来获取隧道入口和出口的坐标，以及隧道内部的几何形状和尺寸。
1.2 激光扫描测量激光扫描是一种非接触式的测量方法，可以快速而准确地获取物体的三维形状和表面信息。
隧道施工监测中，激光扫描可以用来收集隧道内部的地形、岩层和结构变化等信息，从而为施工过程中的排水、通风等工作提供基础数据。
1.3 摄影测量摄影测量是一种通过拍摄照片并分析照片中的特征和关系来确定地表或物体的几何参数的方法。
在隧道施工监测中，摄影测量可以通过无人机拍摄隧道建设过程中的照片，并利用图像处理技术来提取和分析隧道的几何信息。
2. 隧道变形监测方法隧道变形监测是指通过持续测量和记录隧道的形变、位移和应力等指标，以评估隧道结构的稳定性和安全性。
主要包括以下几种方法：2.1 基准点测量法基准点测量法是指在隧道建设前，在隧道及其周围设置一系列固定基准点，然后通过定期测量这些基准点的坐标变化，以确定隧道的形变情况。
这种方法可以提供较高的测量精度，但需要基准点的稳定性和定期的人工测量。
2.2 GNSS监测法GNSS（全球导航卫星系统）监测法是指利用卫星导航系统（如GPS、GLONASS等）来实时监测隧道的位置和变形情况。
通过安装在隧道内部或附近的GNSS接收器，可以实时获取隧道的三维位置和形变信息，以提供实时的监测和预警。
扫描隧道显微镜(STM)单原子操纵技术
1985年
STM被授予诺贝尔物理学奖。
2000年
单原子操纵技术取得突破。
STM技术的应用领域
01
02
03
04
材料科学
研究表面结构、化学组成、电 子态等。
物理
研究表面物理现象，如表面量 子现象、表面相变等。
纳米科技
制造和操纵纳米结构，如纳米 电路、量子点等。
05 结论
STM和单原子操纵技术的重要性和意义
揭示物质表面结构和性质
STM通过测量隧道电流能够精确地探测物质表面的原子结构，而单原子操纵技术则能够实现对单个原子的精确操控， 这对于深入理解物质表面结构和性质具有重要意义。
促进纳米科技和材料科学的发展
STM和单原子操纵技术为纳米科技和材料科学领域的研究提供了强有力的工具，有助于推动相关领域的技术创新和 进步。
生物医学
研究生物分子结构和功能，如 蛋白质、DNA等。
02 STM的组成和工作原理
STM的组成
针尖
通常由钨或铂-铱合金制成，针尖的形状和 尺寸对STM的分辨率和成像质量至关重要。
扫描隧道显微镜主体
包括扫描隧道显微镜的控制器、扫描隧道显微镜的 信号处理系统、扫描隧道显微镜的电源系统等。
计算机系统
用于控制STM的扫描、采集和显示图像。
扫描隧道显微镜(STM)单原子操纵 技术
contents
目录
• STM技术概述 • STM的组成和工作原理 • 单原子操纵技术 • STM在单原子操纵中的应用 • 结论
01 STM技术概述
STM技术的原理
隧道效应
当两个导电物体非常接近时，一 个带电粒子的隧道效应可以穿过 它们之间的势垒，从一导电体流 向另一导电体。
三维全断面自动扫描技术在隧道施工中的运用
第20卷第1期2021年3月石家庄铁路职业技术学院学报VOL.20No.l JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAY TECHNOLOGY Mar.2021三维全断面自动押描技术在隧道施工中的运用娄金亮(中铁十八局集团有限公司天津300222)摘要：结合张吉怀高速铁路项目工程，阐述了三维全断面自动扫描技术在隧道施工中的应用。
该技术能够有效地控制隧道超、欠挖，隧道初支、二衬混凝土方量，确保隧道开挖、初支及二衬断面均满足设计要求。
该技术为今后类似工程施工提供一些可借鉴的经验。
关键词：隧道工程；三维全断面自动扫描；隧道施工应用；超欠挖中图分类号：U25文献标识码：A文章编号：1673-1816(2021)01-0073-051引言当前，在以钻爆法为主要开挖方法的铁路隧道施工中，不可避免的出现隧道断面超欠挖情况，使用断面仪、全站仪等仪器进行隧道断面测量、超欠挖和开挖量测量存在扫描断面不连续、数据计算效率较低、准确度底等缺点，并且需要耗费大量的时间和人力。
运用隧道三维全断面自动扫描技术通过特定软件处理能够实现扫描数据的快速分析、准确获取隧道的三维模型及点、线、面等几何形态信息、断面超欠挖点的精准数据、二衬碇的理论方量等功能，为隧道施工质量、进度和成本控制提供了保障。
2工程磁新建张家界经吉首至怀化铁路站前-6标，位于湖南省湘西州古丈县境内，正线起讫里程为DK81+249.65—DK115+382.00,正线全长32.221km,设计时速350km。
管段内共有隧道11座，其中古丈隧道是本标段的控制性工程，也是本标段的唯一一座一级风险隧道，隧道全长4886.35m,最大埋深约460m。
隧道洞身穿越3条断层，区内褶皱构造发育，节理裂隙复杂多变，地下水丰富，存在岩溶和岩溶水、高地应力、断层、矿区与采空区、页岩气等不良地质。
3隧道三维全断面自动扫描技术介绍3.1隧道三维全断面自动扫描系统组成隧道三维全断面自动扫描系统由三维激光扫描仪(法如FARO350)与瑞士Amberg公司提供的Tunnel Scan点云定位和断面数据分析软件组成。
隧道病害监测检测技术研究现状概述
隧道病害监测检测技术研究现状概述一、本文概述随着交通基础设施的快速发展，隧道作为连接地理空间、提升交通效率的关键工程结构，其在全球范围内的应用越来越广泛。
然而，隧道结构的复杂性和运行环境的多样性，使得隧道在使用过程中容易受到各种病害的侵扰，如裂缝、渗漏、侵蚀等。
这些病害不仅影响隧道的正常使用和安全性，还可能造成严重的经济损失和社会影响。
因此，对隧道病害的监测与检测技术研究具有重要的现实意义和紧迫性。
本文旨在全面概述隧道病害监测检测技术的研究现状，分析当前主流技术的应用情况，探讨存在的问题与挑战，并展望未来的发展趋势。
文章将首先介绍隧道病害的类型及成因，然后重点论述各种监测检测技术的原理、特点及应用实例，包括无损检测技术、传感器监测技术、图像处理与识别技术等。
在此基础上，文章将评估各种技术的优缺点，提出改进和优化的建议，以期为推动隧道病害监测检测技术的发展提供参考和借鉴。
二、隧道病害类型及成因分析隧道作为连接两地的重要交通枢纽，其安全与稳定直接关系到人们的生命财产安全。
然而，在实际运营过程中，隧道往往会遭遇到各种病害的侵扰，这些病害不仅影响隧道的正常使用，严重时甚至可能导致隧道关闭，对交通造成严重影响。
因此，对隧道病害的类型及成因进行深入分析，是隧道维护与管理工作的重中之重。
隧道病害的类型多种多样，其中最常见的包括衬砌裂损、渗漏水、侵蚀与冻害等。
衬砌裂损是隧道病害中最为常见的一种，其成因主要有地质条件变化、施工质量控制不当、外部荷载过大等。
渗漏水则主要是由于隧道防水层失效或施工缝、变形缝处理不当导致的。
侵蚀与冻害则多发生在寒冷地区，由于水的冻结与融化循环，导致隧道结构受到侵蚀和破坏。
隧道还可能遭遇到其他类型的病害，如衬砌变形、混凝土碳化、钢筋锈蚀等。
这些病害的成因也各不相同，如衬砌变形可能是由于地基沉降、地质构造变化等引起的；混凝土碳化则是由于混凝土中的氢氧化钙与二氧化碳反应，导致混凝土碱性降低，从而引发的一系列问题；钢筋锈蚀则是由于混凝土保护层破损，钢筋暴露在潮湿环境中，受到电化学腐蚀导致的。
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在现场野外平板电脑上直接快速分析查看到超欠挖情况
TunnelScan隧道检测案例
▪ 隧道径向变形检测（与设计断面套合）
杭州地铁1号线盾构管片隧道杭州东站抢险段 径向变形断面图
TunnelScan隧道检测案例
▪ 隧道径向变形检测（多次扫描数据套合）
上海地铁13号线盾构管片隧道两次扫描断面收敛检测对比 断面收敛检测的重复精度优于1.5mm
TunnelScan隧道检测案例
▪ 隧道径向变形检测（多次扫描数据套合）
成渝客专龙泉山隧道两次扫描同里程断面对比 断面收敛检测的重复精度优于1.5mm
TunnelScan隧道检测案例
▪ 隧道径向变形检测
0.120 0.100 0.080 0.060 0.040 0.020 0.000 -0.020 -0.040
▪ 安伯格专利激光点云快速绝对定位技术——APM定位法 Amberg定向靶球 ▪ 通过全站仪快速传递隧道控制坐标系统给扫描仪基座和定向球形靶 实现扫描仪的测站定位和定向，软件事后自动对三维点云数据绝对定位 6 ▪ 左棱镜X1，右棱镜X2，靶球X3(“X”为测站号)
AmbergTMS 隧道三维扫描测量解决方案
隧道管壁真三维高密度点云数据
点间距3~数据
隧道管壁高分辨率激光雷达正射影像
•点间距2~6mm圆柱投影正射雷达影像展开图（裂纹、渗水清晰可辨） •有坐标格网可以直接在影像上量测坐标、尺寸和距离
隧道断面现场快速超欠挖评估
四川锦屏电站2号洞隧道激光影像展开图进行超欠挖分析
隧道扫描测量系统全面检测技术
结构检测与监测业务部
Amberg TMS Tunnelscan隧道检测系统
TunnelScan——隧道三维测量检测全面解决方案
▪ 施工和运营隧道精确和全面数字化，包括精细化断面和激光影像数据 ▪ 快速对隧道激光雷达检测数据进行自动化大批量处理 ▪ 隧道断面收敛、中心轴线、三维真实模型、侵界、裂缝、渗水等检测
隧道壁激隧光道雷壁达激影光像雷生达成影1像’ （生每成站1’/15米）
隧隧道道三建维模建和模雷30达’ （影每像站贴/图153米0’）
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输出和打处印理报和表打2印’（报每表站2/’15米）
TunnelScan隧道三维场景复制和再现技术
▪13 隧道三维场景真实再现（附有三维点云飞行浏览视频） ▪ 北京地铁6号线扫描拼接三维激光点云数据
<3分钟 >500个点 >10个（15米/站计） >1cm，可任意设置
<2mm
任意间隔的多断面图、 中心轴线列表、隧道表
面可量测激光影像
成果用途
抽样断面收敛分析
抽样断面收敛分 全面断面收敛分析、中
析
心轴线偏差、线路侵界、
隧道渗水、裂缝、钢筋
裸露异状等多种分析
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TunnelScan快速隧道三维实景复制和绝对定位技术
•杭州地铁1号线杭州东站强险段管片横向变形 •最大处的横向变形达到10cm（4环） •TunnelScan的快速、自动化解决方案发挥优势，外业4小时检测500米，内业2天出报告 •隧道扫描全面高密度检测的优势充分发挥，找到最大变形和精确定位变形区域
自动进行各种断面分析报告 ▪ 超欠挖分析和控制 ▪ 砌衬厚度 ▪ 材料用量和工程量 ▪ 断面收敛变形 ▪ 规则断面几何中心 ▪ 线路侵界分析 ▪ 裂缝、渗水位置断面图显示
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隧道三维扫描数据的内业处理流程及用时
回到办公室
原始扫描数据备份
设置TM设S置OTFMFISCEO的FF工IC程E参的数工程10参’ （数每1个0’ 项目）
自动生成各种分析报告: ▪ 超欠挖断面分析和方量报告 断面分析 ▪ 断面收敛 ▪ 侵界检测 ▪ 隧道中心轴线 ▪ 砌衬厚度、方量 ▪ 激光雷达合成影像图 影像分析 ▪ 渗水影像报告 ▪ 裂缝影像报告 ▪ 地质素描图 ▪ 平整度分析报告 平整度
更加精确的方量报告 图形效果非常友好的报表
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TunnelScan – 断面分析报告
4
▪ 。。。。
TunnelScan隧道检测方案与传统手段效率对比
对比项目
每站测量速度 每个断面点密度 每站测量断面个数 断面测量间隔 断面测量重复精度
每站成果
全站仪
>7分钟 25个点
1个 >=5米 <2mm 一个断面图
二维断面仪
>7分钟 25个点
1个 >=5米 2mm 一个断面图
TunnelScan
▪ 安伯格APM定位法——Profiler5003（右上） ▪ 安伯格APM定位法——FARO Focus3D（右下） FARO扫描仪+APM定位基座 ▪ 快速进行高精度激光点云的绝对坐标快速定位 ▪ 距离测站10米处的点位重复精度优于２mm
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TunnelScan系统硬件配置
TunnelScan系统的硬件配置： ▪ Amberg Profiler5003+徕卡圆棱镜 ▪ Faro Focus 3D扫描仪+ APM定位基座 ▪ 野外平板电脑可在现场生成断面分析报告
隧道几何参数 - 中线 - 纵线 - 断面形状 - 纵坡 - 横坡 - 控制点
利用AM利TT用M A对M扫T描TM数对据扫定描位数2据’ （定位每站2’/15米）
拼接、过拼滤接、、坐过标滤转、换坐和标投转影换1和0投’ （影每1站0’/15米）
按1米间按隔1提米取间隧隔道提断取面隧5道’ （断每面站5’/15米）
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▪ 每次测量内业数据处理时间小于１５分钟
TunnelScan – 现场精确快速断面评估分析
Data transfer
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一次测量15米隧道，内外业时间总和不超过20分钟， 现场出断面收敛、超欠挖、侵界、中心轴线报告
隧道现场
断面评估
Geo-reference 单站点云导入
快速分析
办公室
完整分析
TunnelScan – 数据分析与成果输出
一次完成 ▪ 隧道各分层表面质量（平整度）、厚度和材料用量快速高精度检测 ▪ 为隧道检测、监测、维护管理提供高效全面检测和分析手段
3
TunnelScan隧道扫描检测国内成功应用案例
▪ 四川锦屏水电站二期引水隧道14公里全线扫描，超欠挖、砌衬厚度、隧道平整度 ▪ 北京地铁6号线调线调坡和竣工测量 ▪ 杭州地铁1号线杭州东站段隧道裂缝抢险检测 ▪ 上海地铁13号线新郁路站区间扫描试验 ▪ 上海地铁12号线25标巨峰路区间断面收敛检测 ▪ 成渝客专龙泉山隧道断面收敛扫描精度和平整度试验 ▪ 青岛地铁1号线隧道扫描检测试验