维激光扫描在隧道检测中的应用-地铁施工及运营安全交流会
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。
《Z+F三维激光扫描仪在隧道施工中的应用》培训讲稿
背景
预计2020年上海地铁网路总规 模可达877公里。
背景
早期监测方式
1.设备:收敛计、全站仪、水准仪 2.原理:测定监测点坐标,计算水平收敛 3.方法:布点,测量,数据对比,图表分析 4.精度: 1mm至10mm不等
背景
存在的问题
1.只能单点测量,需要采集大量数据; 2.需要严格对中整平,误差风险增大; 3.需要多测回才能提高精度,效率不高; 4.免棱镜测量精度较低。
断面图、精度报告
隧道工程
• 数据后处理采用第三方软件3D Resharper,此软件是一款专门处理 3D点云数据的软件。软件解决方案 覆盖了所有的点云、3D网格、曲面 重建、监测、检测及逆向工程等方 面。在隧道方面的应用可根据隧道 的扫描数据自动拟合出地铁隧道的 中轴线。
隧道工程
• 横断面数据可清晰反映各个区域的变形 量,方便分析和评估变形带来的安全隐 患。同时对于施工工程,也可以反映出 欠开挖和超开挖情况,更好地指挥现场 施工。隧道的断面数据同时可以生成专 属的报告,以数字形式表现,同时也可 以用图表反映出隧道的形变量值。
第一台三维扫描仪
Scene Modeller
LSR Kamera
第一台静态扫描仪
产品体系
5006EX
9012
5006h
5010
旗舰版 5010C
产品特点
高效
扫描速率:101万点/秒(Max) 快速热启动
产品特点
精准
分辨率:0.1毫米 精度:0.3毫米(10米,80%)
产品特点
安全
激光等级:1级安全激光
1.基于点云提取中心线 心线。
2.通过点云自动构建网格,提取中
隧道成果
隧道施工过程中,严重的超欠挖将影响隧道的施工成本和其长期安全稳定。因此对超欠挖的 控制对隧道施工同样意义重大,3DReshaper可将隧道的三维数据快速构建mesh网格,用生 成的网格与设计数据进行比对,获得实际施工超欠挖体积与设计体积的偏差,获得的数据可 以作为施工检测的依据或依照检测数据调整施工方案节省施工成本。
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
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。
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。
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]。
三维激光扫描技术在隧道工程中的应用分析
三维激光扫描技术在隧道工程中的应用分析辽宁省大连市116113摘要: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,使得隧道工程测量的效率得到了较大提升。
基于此,本篇文章对三维激光扫描技术在隧道工程中的应用分析进行研究,以供参考。
关键词:隧道工程;三维激光扫描;监测技术引言三维激光扫描又被称为实景复制技术,在测绘领域是继GPS之后又一次技术革命。
三维激光扫描与传统测量方法相比,具有操作简便、自动化程度高、工作效率高、精度高、非接触式等一系列优点。
目前,三维激光扫描技术已经广泛应用于地形测绘、地下工程、高层建筑变形监测、矿山测量、古建筑物测量等领域。
基于三维激光扫描仪获取路面点云数据提取到的道路倾斜、曲率等变形信息与实测水准数据吻合,验证了三维激光扫描技术道路沉陷监测上的可行性。
利用移动式三维扫描以推行扫描方式获取狭长隧道结构点云数据,实现隧道结构变化监测和隧道变化精准监测。
三维激光扫描技术可以对隧道进行状态调查,调查结果可以为后期隧道病害修复提供科学准确的测量数据,具有十分重要的科研价值和现实意义。
1盾构隧道横断面提取原理任意一个里程坐标系下,通过平面法向量截取盾构隧道的平面,并提取任意里程、不同环数的横断面,通过圆柱体与平面相交的空间关系可以发现:①若该平面与圆柱体截交线的点云数据为圆形,则该平面与隧道点云垂直,直接合理设置点到平面的距离并截取任意里程下的隧道点云横断面即可提取隧道横断面;②若该平面与圆柱体截交线的点云数据为非圆形,由Dandelin双球定理与切线长定理可判断该截交线的点云数据为椭圆形,通过椭圆定理可反推出平面法向量与坐标轴夹角,平移、旋转横断面点云数据即可提取隧道横断面。
三维激光扫描技术在隧道断面测量中的应用
三维激光扫描技术在隧道断面测量中的应用摘要:地下铁道工程特别是地铁隧道工程因隧道净空一般自身较小,施工地质环境与工艺复杂,特别是采用盾构法施工时,管片间错台错缝变化相对量较大,隧道后期徐变时间长且不可控与逆转,故在贯通后与运营期须进行比公路与铁路隧道更高密度的断面与特征点测量检查,以期保证行车与建筑限界不相互冲突。
随着科技发展,工程建设规模的日渐庞大,三维激光扫描技术逐渐进入地铁隧道检测中。
关键词:三维激光扫描;隧道断面测量各类型隧道工程项目竣工前都必须对项目所建隧道工程进行检查,其中最基本的一条即对隧道断面进行检测(部分顶管法施工除外),以检核其净空尺寸是否满足设计和使用功能要求。
地下铁道工程特别是地铁隧道工程因隧道净空一般自身较小,施工地质环境与工艺复杂,特别是采用盾构法施工时,管片间错台错缝变化相对量较大,隧道后期徐变时间长且不可控与逆转,故在贯通后与运营期须进行比公路与铁路隧道更高密度的断面与特征点测量检查,以期保证行车与建筑限界不相互冲突。
随着科技发展,工程建设规模的日渐庞大,三维激光扫描技术逐渐进入地铁隧道检测中。
本文仅描述三维激光扫描技术在地铁隧道贯通后在隧道断面测量中的这一功能应用,其他不作发散。
工程作业环境介绍:我司监理的某地铁工程某盾构区间贯通已有一年多,经壁后多次注浆加固和堵漏、隧道徐变自稳、隧道管片清洗后,拟准备验收移交,在此之前需再次对隧道净空断面进行测量检查。
车站内后续为移交做准备而布设的控制点已经多方测量,经检查隧道两端车站稳定,隧道贯通后洞内改建的控制点稳定,施工单位已用全站仪采集了设计单位要求测量的断面特征部位数据,第三方测量单位采用美国FARO Focus 3D三维激光扫描仪进行测量检查复核。
一、三维激光扫描技术简介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α及纵向角度观测值β,获得激光采样点的坐标:图1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,三维激光扫描检测本身优势相对较为明显。
三维激光扫描移动测量在铁路运营中的应用
三维激光扫描移动测量在铁路运营中的应用铁路运营中的安全问题一直是一个非常重要的关注点。
为了确保铁路的安全,必须对铁路线路、设备和结构进行全面的检查和评估。
而传统的铁路检测方法通常需要耗费大量的时间和人力,并且不够精确和全面。
三维激光扫描移动测量技术是一种基于激光雷达和相机的高精度、高速度的测量方法。
它可以迅速地获取和记录大量准确的几何和图像数据,然后通过计算机处理和分析这些数据,以生成详细的三维模型和测量结果。
在铁路运营中,三维激光扫描移动测量技术可以应用于多个方面。
它可以用于铁路线路的检测和评估。
通过激光扫描仪,可以快速地获取铁路线路的几何和表面特征数据,比如轨道的高度、曲率和磨损情况,以及挡土墙、桥梁和隧道的结构和状况。
这些数据可以帮助铁路运营公司了解铁路线路的实际情况,及时发现和修复潜在的安全问题。
三维激光扫描移动测量技术也可以用于铁路设备的检测和维护。
激光扫描仪可以对铁路车辆、信号设备和线路设备进行快速而精确的检测。
可以检测车辆的车身形状、轮胎磨损情况和车轮间距是否合格;可以检测信号设备的摆放位置和工作状态是否正常;可以检测线路设备的安装情况和运行状况是否良好。
这些数据可以帮助铁路运营公司及时发现和解决设备故障,确保铁路的正常运行和乘客的安全。
三维激光扫描移动测量技术还可以用于铁路结构的监测和评估。
铁路结构,如桥梁、隧道和涵洞等,是铁路运营中非常关键的组成部分。
通过使用激光扫描仪,可以对这些结构进行全面的检测和评估。
可以检测桥梁的结构完整性和荷载承载能力;可以检测隧道和涵洞的内部状况和水平;可以检测土地滑坡和地质变形等自然灾害对结构的影响。
这些数据可以帮助铁路运营公司及时发现和修复结构问题,保证铁路的安全和可靠性。
三维激光扫描移动测量技术在铁路运营中有广泛的应用前景。
它可以提高铁路检测和评估的精确性和效率,帮助铁路运营公司及时发现和解决安全问题,确保铁路的安全运营和乘客的安全出行。
铁路运营公司应该积极采用三维激光扫描移动测量技术,并与相关科研机构和企业合作,共同推动该技术的发展和应用。
三维激光扫描技术在隧道工程检测中的应用 杨新华
三维激光扫描技术在隧道工程检测中的应用杨新华摘要:现阶段,我国隧道工程地质环境复杂、施工条件恶劣,对隧道工程检测技术提出了较高的要求。
传统的测绘技术主要为单点式,局限性较大,而三维激光扫描技术能对复杂的空间进行精细的扫描,获取大量三维激光点云数据,并以数据为基础构建三维模型,保障隧道工程施工的科学决策和顺利开展。
关键词:三维激光扫描技术;隧道工程检测;应用1三维激光扫描技术原理分析三维激光扫描技术的运行,需要多项先进技术设备的协调配合,组建一个现代化的空间信息数据获取系统,满足实际检测需求,就三维激光扫描技术的设备组成情况来看,主要包括三维激光扫描仪、软件操控设备、数据处理系统及相关配件等,每个设备都在三维激光扫描技术应用中发挥着不可替代的作用。
三维激光扫描技术以三维激光扫描仪为核心设备,通过激光测距仪与反射棱镜的组合,完成测距扫描等相关操作。
就其运行原理来看,激光测距仪发射激光的同时,将隧道内部反射回的信号进行准确接收,在发送与接收的这一循环中,完成了激光测距操作。
待建立自定义坐标系后,将激光脉冲信号自三维激光扫描仪发射器中发射出去,隧道内部存在自然物,这些自然物会对激光脉冲信号形成漫反射,在漫反射的作用下,激光脉冲信号最终反传至接收器中,在明确目标点与扫描仪距离后,能够对激光脉冲横向与纵向扫描角度观测值进行科学且精准测量,最后运用标准处理软件将所采集数据进行转换,从而为空间信息数据库提供可靠的数据信息,至此三维激光扫描技术的应用价值得到全面发挥。
三维激光扫描技术能够对复杂环境及空间范围内的三维立体信息进行精准获取,并且基于自身优势对扫描目标的三维模型进行重构,明确三维坐标数据,将复杂环境及空间状态下的事物真实形态再现出来,因而在当今科学技术条件下,也将三维激光扫描技术称作是实景拷贝技术。
三维激光扫描技术在隧道检测中的应用,在数据获取上可实现非接触,能够最大程度上弥补传统操作方式的不足,有效实现检测保护,提高检测数据精准度,且使得三维数据展示效果更为丰富,为隧道工程检测和数据分析提供可靠的技术手段,获得到工程检测人员的高度评价。
三维激光扫描移动测量在铁路运营中的应用
三维激光扫描移动测量在铁路运营中的应用
三维激光扫描移动测量技术是一种利用激光束扫描铁路物体,并记录其坐标和形状的
技术方法。
该技术利用激光束对铁路物体进行高速扫描,将扫描得到的三维数据通过计算
机处理成为可视化的图像。
同时,该技术还可以通过激光束的反射与铁路物体进行距离测量,从而得到铁路物体的精确位置和形状信息。
1. 铁路轨道检测
三维激光扫描移动测量技术能够对铁路轨道进行精确的检测和测量。
在列车运行中,
随着轨道的磨损和变形,轨道的几何形状也会发生变化。
通过三维激光扫描移动测量技术,可以对轨道进行高精度测量,并及时发现轨道的损伤和异常,从而确保列车在行驶过程中
的安全性和稳定性。
铁路道岔是铁路交通运输中的重要部件,其构造复杂,需要经常进行检测和维护。
三
维激光扫描移动测量技术可以对铁路道岔进行高精度的检测和测量,实现对道岔构造的精
细化控制和管理,提高铁路运营的安全性和效率。
总之,三维激光扫描移动测量技术在铁路运营中的应用已经逐渐得到广泛的认可和应用。
该技术不仅能够提高铁路运营的安全性和效率,还能够提高铁路运营的精度和管理水平,为铁路运营的发展打下了坚实的基础。
三维激光扫描技术在隧道工程测量中的应用研究
三维激光扫描技术在隧道工程测量中的应用研究隧道工程的测量是非常重要的一环,如何提高测量质量、效率和准确度一直是测量技术研究的重点。
传统的测量方法,由于其局限性,许多不足之处都逐渐暴露了出来,如易受地形影响、时间成本较高、测量准确度不够高等问题。
而随着三维激光扫描技术的不断发展,其应用在隧道工程测量中的优势日益凸显。
三维激光扫描技术是一种非接触式的测量方法,可以快速地获取目标物体的三维形态信息,实现对目标物体的快速、精确地测量。
在隧道工程测量中,三维激光扫描技术被广泛应用,可以用于隧道设计、施工监控、质量控制等方面。
以下从应用场景、优势和不足等方面,详细探讨三维激光扫描技术在隧道工程测量中的应用研究。
一、应用场景1.隧道设计隧道设计是隧道工程建设的首要步骤,必须对地质情况进行精确的掌握,提前对施工场地进行详细的勘测和评估。
采用传统的地面勘测方法,需要进行大量的地勘、地质勘测和地形复杂测量等工作,测量数据收集与处理需要较长时间,及时的数据反馈很难得到。
而三维激光扫描技术的应用可以极大地简化这一过程,快速获取隧道区域的三维数据和地质情况,为隧道设计提供更准确、更全面的数据支持。
2.施工监控隧道的施工远程监控是确保构筑物安全和追踪施工进度的有效手段。
传统的监控方法,主要依靠工程人员的人工巡检和摄像机等设备对建筑场地进行拍摄和录制。
这样操作方式需要消耗大量的时间和人力,而且仅仅是对局部区域的监控,监测的范围有限,很难对全局进行监控。
而三维激光扫描技术可以实时采集全局区域内的三维信息,将工程场地的各个角落实时映射、记录,有效地提高了监控的透明度和及时性。
3.质量控制隧道工程建设需要遵循严格的规范和标准,特别是对开挖位置、倾角、轴线和偏差等参数要求非常严格。
传统的测量方法成本高、操作效率低,并且容易出现一些人为因素导致测量结果不准确。
而三维激光扫描技术可以快速识别出工程场地的各个位置的坐标位置、轮廓面等信息,并与设计图纸进行比对,实现质量监测的自动化和数字化。
三维激光扫描仪在隧道施工的应用
三维激光扫描仪在隧道施工的应用摘要:三维激光扫描仪扫面精度高、检测效率高、数字化程度高,本文结合张吉怀铁路鲁家庄隧道施工为例,介绍三维激光扫描技术在高铁隧道施工中的应用,为以后的高铁隧道超欠挖控制提供指导。
关键词:三维激光扫描;山岭隧道;超欠挖隧道施工中的超欠挖控制一直是隧道施工必不可少的控制环节,隧道超欠挖的控制好坏不仅直接影响到现场施工质量,更与施工单位的经济效益密不可分,及时的测量分析现场隧道超欠挖情况,控制超挖,节约成本的同时,杜绝因欠挖引起的二衬厚度不足等质量问题。
本文结合三维激光扫描仪在现场隧道施工中的应用情况,为以后的隧道超欠挖控制测量提供参考。
1三维扫描仪原理三维激光扫描是利用激光测距的原理,通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息,可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。
三维激光扫描系统包含数据采集的硬件部分和数据处理的软件部分。
根据其测量方式,三维扫描仪又可分为脉冲式和相位式。
2传统测量手段与三维激光扫描对比①传统测量采用全站仪对隧道开挖轮廓进行测量,获取的为单点数据,通过对数据分析与设计开挖轮廓作出对比,得出隧道的超欠挖情况。
由于受仪器和分析软件的限制,存在着工作量大,数据分析不全面,无法满足现有施工工艺要求,测量点位不密集,点位间隔过大,虽然所测点位未存在欠挖,但是点位间隔间存在的欠挖无法及时发现,从而而造成欠挖位置未能及时发现。
②三维激光扫描仪可连续、自动、快速的收集大量的目标物表面三维点数据,即点云(PointClouds),因此相较传统测量有许多优势,如1)数据获取速度快,实时性强;2)数据量大,精度高;3)主动性强,能全天候工作;4)全数字特性,信息传输、加工、表达容易。
它的工作过程实际上就是不断的数据采集和处理过程,通过具有一定分辨率的空间点所组成的点云图来表达系统对目标物表面发的采集结果。
3三维激光扫描仪技术参数三维激光扫描仪通过发射的不可见激光束对物体表面进行快速测量,主要技术参数如下:方法:相位式扫描,单站最大扫描距离270m,最小射程:0.3m,线性误差:≤1mm,分辨率范围:0.1mm,数据采集速率:≤1.016.00Pixel/s[1],数据扫描分辨率:垂直视场:320°,水平视野:360°,垂直分辨率:0.0004°,水平分辨率:0.0002°,双轴补偿器:分辨率0.001°测量范围:±0.5°,精度:<0.007。
三维激光扫描移动测量在铁路运营中的应用
三维激光扫描移动测量在铁路运营中的应用随着科技的不断发展,三维激光扫描移动测量技术在铁路运营中的应用越来越广泛。
这种技术可以快速、精准地对铁路线路、车辆和设备进行测量和检测,为铁路运营提供了强大的技术支持。
本文将探讨三维激光扫描移动测量技术在铁路运营中的应用,介绍其原理和优势,并展望其未来发展前景。
一、三维激光扫描移动测量技术的原理和特点三维激光扫描移动测量技术是一种利用激光雷达和其他传感器,通过扫描周围环境来获取三维点云数据的测量方法。
它可以实现快速、精准的数据采集,无需接触被测物体,适用于复杂环境和大范围的测量任务。
在铁路运营中,这种技术可以应用于铁路线路的检测、铁路车辆的安全检测和设备的维护等方面。
1. 高精度:激光扫描可以实现毫米级的测量精度,可以满足铁路运营对测量数据的高精度要求。
2. 快速高效:采用激光扫描技术可以实现快速的数据采集和处理,大大提高了测量效率。
3. 非接触式测量:激光扫描可以实现对被测物体的远距离、非接触式的测量,避免了传统测量方法中可能存在的安全隐患和测量困难。
4. 适用性强:激光扫描技术可以适用于不同的铁路线路、车辆和设备,具有很强的通用性和适用性。
1. 铁路线路测量:三维激光扫描技术可以对铁路线路进行快速、精准的测量,包括铁轨的弯曲度、坡度和高低差等参数的检测。
可以及时发现线路的异常情况,提高铁路线路的安全性和稳定性。
2. 铁路车辆检测:利用激光扫描技术可以对铁路车辆进行尺寸、形状和结构的测量,包括车辆外观的损坏情况、车身的变形和轨间横向间隙等参数的检测。
可以有效发现车辆的安全隐患,提高车辆的安全性和可靠性。
3. 设备维护和管理:三维激光扫描技术还可以应用于铁路设备的维护和管理,包括轨道通信设备、信号设备和设备立柱等。
可以实现设备的快速、精准的测量和检测,及时发现设备的故障和缺陷,提高设备的可靠性和稳定性。
随着铁路运营对数据精度和效率要求的不断提高,三维激光扫描移动测量技术在铁路运营中的应用前景十分广阔。
三维激光扫描移动测量在铁路运营中的应用
三维激光扫描移动测量在铁路运营中的应用随着铁路运营技术的不断更新和升级,三维激光扫描移动测量技术逐渐在铁路运营中得到应用。
三维激光扫描移动测量技术是一种非接触式测量方法,它具有高精度、高效率、安全、可靠等优点,能够准确测量轨道线路、车辆、桥梁、隧道和站场等,进而为铁路运营提供各种信息化支持。
本文就三维激光扫描移动测量在铁路运营中的应用做一个简单的介绍。
一、三维激光扫描移动测量技术的基本原理三维激光扫描移动测量技术是基于激光波长的测距原理和三角测量原理,通过激光扫描系统和高精度的惯性导航系统实现。
激光扫描系统由激光发射器和接收器组成,激光从发射器发出,沿着被测物体表面扫描,接收器接收反射回来的激光,并根据激光波长计算被测物体表面的距离。
惯性导航系统则可以实时记录激光扫描系统的位置信息,二者结合可以完成铁路线路、车辆、桥梁、隧道和站场的三维扫描测量。
(一)轨道线路测量传统的铁路线路测量需要使用经纬仪等测量设备,并且测量效率较低、精度难以保证。
三维激光扫描移动测量技术可以快速、准确地获取轨道线路的三维坐标信息、横断面和轨道姿态参数等,能够帮助实现铁路线路的数字化建模和虚拟仿真,为铁路线路修建、维护和管理提供重要支持。
(二)车辆检测铁路运营中的车辆检测一直是重要的工作之一,传统的车辆检测只能检测车辆的轨道几何尺寸和外部损伤情况,但难以检测车辆内部结构和细节。
三维激光扫描移动测量技术可以全方位地获取车辆的三维坐标信息和外观细节,同时还可以检测车辆的内部结构和零部件的磨损情况等,能够提高车辆检测的精度和效率。
(三)桥梁和隧道测量铁路运营中的桥梁和隧道是铁路线路的重要组成部分,传统的桥梁和隧道测量需要消耗大量的人力和时间,并且容易受到环境因素的影响。
三维激光扫描移动测量技术可以通过扫描获取桥梁和隧道的三维坐标信息和结构特征,能够检测桥梁和隧道的结构状况、损伤等情况,从而有效提高铁路桥梁和隧道的安全性和整体运营质量。
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。
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结构检测与监测业务部
Amberg TMS Tunnelscan隧道检测系统
北京数联空间科技股份有限公司
TunnelScan隧道扫描测量系统
隧道全面检测最新技术
TunnelScan——隧道三维测量检测全面解决方案
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 16
TunnelScan – 断面分析报告 自动进行各种断面分析报告
▪ 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 14 ▪ 每次测量内业数据处理时间小于15分钟
▪ 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
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
▪ 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
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
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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
▪ 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 ▪ 12 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
Amberg集团介绍
隧道测量解决方案产品 铁路解决方案产品 地质工程解决方案 地球物理解决方案
新建隧道施工 地质工程
隧道改建扩建工材料测试试验室
参观访问 餐厅
聚会活动
北京数联空间科技股份有限公司介绍
北京数联空间科技股份有限公司注册于北京海淀区中关 村高科技园区,是一家提供基于三维空间位置信息并集 成其他传感器、通讯技术、互联网技术与增强现实,面 向行业客户的生态空间信息系统的研制、销售与服务的 股份制企业。目前为瑞士Amberg公司TunnelScan产品在 中国大陆地区独家总代理和美国FARO大空间三维激光扫 描仪大陆地区在计量、能源、交通、军方行业总代理。
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Amberg集团公司的业绩
瑞士圣哥达隧道全长57km,目前世界最长隧道 最大埋深超过2000米,目前世界最大埋深隧道 目前隧道已经全部贯通,全部工程2015年完工
Amberg集团公司介绍
V-S-H- Hagerbach地下试验场:Hagerbach隧道全长近6km,是欧洲最 大的地下试验场,是许多地下施工方法与建筑材料和设备的国际实验室
北京数联空间科技股份有限公司
Amberg TunnelScan 隧道扫描全面检测解决方案
北京数联空间科技股份有限公司(Amberg 公司TMS产品中国总代理)
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瑞士Amberg公司介绍
瑞士AMBERG公司是全球唯一拥有地下工程综合能力的集团 公司,其业务范围涵盖公路、铁路、水电、城建、国防和矿山 等多个领域。 AMBERG公司集团拥有AMBERG 工程咨询公司、 AMBERG技术公司和哈格巴赫地下试验场三个专业公司。 其中,安伯格工程咨询公司负责各种新建和改建公路及公路 隧道、铁路隧道以及其它地下工程的设计、咨询、施工监理和 项目管理及人员培训等业务 AMBERG技术公司负责为各种在建或已建工程提供所需的测 量系统及测量服务。其产品已遍布世界各地,比较有影响的产 品有高速铁路精检小车GRP1000/GRP5000,地质超前预报测 量系统 (TSP202, TSP203)
▪ 青岛地铁1号线隧道扫描检测试验
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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
<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 析
全面断面收敛分析、中 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