三維激光掃描技術在隧道工程監(jiān)測中的應用研究.pdf

1、傳統(tǒng)監(jiān)測建筑工程變形的方法有常規(guī)地面測量方法、GPS測量方法、攝影測量方法等。這些方法雖都有較好的應用，卻仍是單點式和影像式的數(shù)據(jù)采集模式。單點式數(shù)據(jù)采集模式監(jiān)測覆蓋面較小，難以表達監(jiān)測對象的整體形變信息。影像式數(shù)據(jù)采集模式監(jiān)測覆蓋面較廣，但精度不高。相比之下利用三維激光掃描技術采集建筑物表面數(shù)據(jù)時效率更高、范圍更廣、人力要求更低，且能以一定的精度獲取建筑工程的整體形變信息。因此，研究三維激光掃描點云數(shù)據(jù)處理顯得十分重要，本文對此提出了

2、一種基于點云數(shù)據(jù)的隧道工程整體變形分析方法。
　　 該方法以地面型三維激光掃描點云數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，共包括5個部分:基于公共控制點的點云坐標系歸化、加權分層的點云壓縮、基于斜率收斂的隧道的斷面截取、隧道超欠挖計算和隧道變形分析。在坐標系歸化過程中，根據(jù)多個控制點平差計算旋轉參數(shù)，保證了坐標系歸化過程中的準確性。在點云壓縮過程中，把加權分層的點云壓縮方法與傳統(tǒng)的八叉樹分割的點云壓縮方法進行對比，證明了加權分層的點云壓縮算法更適用于隧道

3、等長大線型工程的點云數(shù)據(jù)壓縮。在隧道斷面截取過程中，實現(xiàn)了由斜率限差的迭代計算來控制隧道中心線的擬合精度，其中還引入了顧及三個坐標方向的最小二乘平面擬合方法。在超欠挖計算與檢測過程中，通過對隧道斷面的面積進行檢測，聯(lián)合隧道斷面半徑的變化值進行斷面的收斂變形分析。最后對傳統(tǒng)的變形分析方法進行了改進，將固定單點變形分析方法拓展為整體變形分析方法。
　　 針對上述的方法，開發(fā)了隧道工程三維激光掃描數(shù)據(jù)處理原型系統(tǒng)，此軟件的主要功能是處

4、理點云數(shù)據(jù)，對其實施坐標系歸化、點云壓縮、斷面截取、超欠挖計算、估算土方量、3DS模型演示和斷面收斂變形分析等。并采用新疆鹽水溝隧道兩期三維激光掃描實測數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進行可靠性驗證。驗證過程中分別計算了各期數(shù)據(jù)中斷面的直徑，其中絕大部分斷面的直徑的擬合中誤差在(5.57-10.23)毫米內，超出了允許的管徑測量中誤差。說明運用三維激光掃描技術進行隧道斷面的收斂變形監(jiān)測還需進一步的研究。但對比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式，三維激光掃描技術在數(shù)據(jù)量、數(shù)