激光掃描在地鐵監(jiān)測(cè)的應(yīng)用

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實(shí)測(cè)案例

1．儀器的選用

儀器選用我院擁有的美國(guó)FAROFocus3D掃描儀，如圖1所示。這款掃描儀每秒最大掃描976000點(diǎn)，25m內(nèi)的系統(tǒng)距離誤差不大于±2mm。

2．?dāng)?shù)據(jù)采集

(1)掃描參數(shù)設(shè)定

根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，整個(gè)數(shù)據(jù)采集工作選用中等速度和質(zhì)量進(jìn)行，分辨率設(shè)為1/5，質(zhì)量設(shè)為4X，一個(gè)測(cè)站的掃描時(shí)間大約為6min30s。

(2)儀器設(shè)站及標(biāo)靶球的擺放

考慮到數(shù)據(jù)采集精度及儀器的有效距離，每個(gè)測(cè)站間隔大約30m，試驗(yàn)段區(qū)域左右線一共擺放了6站。在試驗(yàn)段的兩端分別擺放不同數(shù)量的標(biāo)靶球，用以辨認(rèn)測(cè)量區(qū)域范圍。在每?jī)蓚€(gè)測(cè)站之間，擺放3個(gè)以上的標(biāo)靶球，注意標(biāo)靶球應(yīng)避免在一個(gè)平面內(nèi)，以免影響拼站精度。圖2為掃描工作中標(biāo)靶球的擺放。

3．?dāng)?shù)據(jù)處理

(1)點(diǎn)云拼接和噪點(diǎn)處理

利用儀器配套的FaroSense點(diǎn)云后處理軟件進(jìn)行測(cè)站拼接。并在Cyclone軟件中刪除噪點(diǎn)。

(2)三角網(wǎng)模型的建立

在Geomagic軟件選定合適的參數(shù)對(duì)處理好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立三角網(wǎng)模型。隧道的點(diǎn)云視圖和三角網(wǎng)模型視圖分別如圖3、圖4。

(3)中心線提取及斷面輸出

利用RealWorksSurvey軟件對(duì)隧道模型進(jìn)行中心線的提取并按每隔2個(gè)環(huán)片輸出中心線法線方向的斷面圖，成果為DWG格式，如圖5、圖6所示。

(4)半徑的量取

在CAD軟件中，由斷面圖中心點(diǎn)分別沿正左、左45°、正上、右45°、正右5個(gè)方向量取半徑值。如圖7所示。

成果分析

(1)掃描儀獲取數(shù)據(jù)分析

將不同斷面各個(gè)方向的半徑值統(tǒng)計(jì)成表格，并生成折線圖。可以看出正上方的半徑值明顯小于其他方向上的半徑值，遵循上下縮小，兩側(cè)擴(kuò)大的隧道收斂一般規(guī)律。圖8為生成的半徑直線圖。通過(guò)統(tǒng)計(jì)圖可以看出，隧道斷面各方向上的平均半徑在2．72m左右，其中頂部方向的半徑值基本上在2．70～2．71m之間，其他方向上的半徑值在2．72～2．74m之間，結(jié)果滿足隧道收斂測(cè)量要求如圖9所示。

(2)掃描儀模式同全站儀模式數(shù)據(jù)比較

選用本次掃描儀測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)同前期用全站儀測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，由于全站儀獲取的數(shù)據(jù)是按等距離米數(shù)進(jìn)行隧道斷面切割的，而不是按環(huán)片數(shù)截取的，所以這里只是選取位置接近的地方進(jìn)行比較。比較成果如下圖所示。從比較結(jié)果來(lái)看，掃描儀獲取的數(shù)據(jù)和全站儀獲取的數(shù)據(jù)雖然在數(shù)值上會(huì)有一些差別，但變化趨勢(shì)基本上一致。

本文作者：張?zhí)N明馬全明李丞鵬耿長(zhǎng)良李響作者單位：北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司