三維激光掃描技術(shù)在軌道交通工程中的應(yīng)用

朱霞 李芳凝 張?zhí)N明

摘要：軌道交通的車站及隧道由于其本身的地下性及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，給建模工作帶來(lái)很大的困擾，此外，傳統(tǒng)的軌道交通測(cè)量、監(jiān)測(cè)手段存在作業(yè)復(fù)雜、工程進(jìn)度慢、容易出錯(cuò)的缺陷，利用三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在研究目前軌道交通工程中測(cè)量、監(jiān)測(cè)的作業(yè)模式的基礎(chǔ)上，提出了其在軌道交通行業(yè)的車站及隧道三維建模、整體結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中的作業(yè)思路。

關(guān)鍵詞：三維激光掃描；軌道交通工程；應(yīng)用

引言

軌道交通的車站及隧道由于其本身的地下性及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等狀況，給建模工作帶來(lái)很大的困擾，依靠傳統(tǒng)的圖紙資料難以建出準(zhǔn)確的、真實(shí)的三維模型及場(chǎng)景；同時(shí)，傳統(tǒng)的軌道交通測(cè)量、監(jiān)測(cè)手段也存在作業(yè)復(fù)雜、工程進(jìn)度慢、容易出錯(cuò)的缺陷，本文利用三維激光掃描技術(shù)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)速度快、精度高的優(yōu)勢(shì)，提出了其在軌道交通行業(yè)中車站及隧道三維建模、整體結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中的作業(yè)思路，本文詳細(xì)介紹了兩種方法的工作流程，并通過(guò)實(shí)例數(shù)據(jù)進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)，為今后類似的工程提出了經(jīng)驗(yàn)參考。

1結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)

1.1結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)的常規(guī)方法

這里僅討論車站及隧道的平面測(cè)量和縱斷面測(cè)量工作。目前的方法總結(jié)起來(lái)大致分為以下步驟：

（1）選擇測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)：選擇隧道內(nèi)變形區(qū)域以外穩(wěn)固的基標(biāo)作為測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)，觀測(cè)區(qū)域兩端各選擇2個(gè)鋪軌基標(biāo)作為基準(zhǔn)點(diǎn)。

（2）布設(shè)控制網(wǎng)：以選擇的基標(biāo)點(diǎn)為起始依據(jù)布設(shè)平面控制網(wǎng)或高程基準(zhǔn)網(wǎng)。

（3）測(cè)點(diǎn)布設(shè)：目前根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)常規(guī)做法是每隔6米布設(shè)平面測(cè)點(diǎn)或水準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)。

（4）觀測(cè)：對(duì)于平面測(cè)量，將全站儀架設(shè)于選定的控制點(diǎn)上，采用測(cè)回法測(cè)量各線路平面測(cè)量點(diǎn)，每一觀測(cè)點(diǎn)均測(cè)角測(cè)距各一測(cè)回，以保證測(cè)點(diǎn)位置的準(zhǔn)確性；對(duì)于縱斷面測(cè)量，依據(jù)高程基準(zhǔn)點(diǎn)采用附合水準(zhǔn)路線的形式，按二等水準(zhǔn)外業(yè)要求進(jìn)行觀測(cè)。

1.2常規(guī)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)方法存在的問(wèn)題

目前的監(jiān)測(cè)方法是一種“點(diǎn)點(diǎn)測(cè)量、以點(diǎn)帶面”的工作方式。這種方式可總結(jié)為，通過(guò)監(jiān)測(cè)少量觀測(cè)點(diǎn)的位移情況，將各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的位移變化情況連接成折線圖，從而反映整體變形情況。如觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)多了，則整體的監(jiān)測(cè)質(zhì)量會(huì)有所提高，但觀測(cè)工作量也隨之增加了；如觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)少了，雖然觀測(cè)工作量少了，但無(wú)疑也會(huì)造成整體的監(jiān)測(cè)質(zhì)量下降。這種點(diǎn)點(diǎn)觀測(cè)的方式，總會(huì)漏掉其他有位移變化的點(diǎn)。

1.3基于三維激光掃描技術(shù)的結(jié)構(gòu)整體變形監(jiān)測(cè)方法

結(jié)構(gòu)整體變形監(jiān)測(cè)的思想是：利用三維激光掃描技術(shù)獲取待監(jiān)測(cè)車站及隧道的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，建立三角網(wǎng)模型，通過(guò)不同時(shí)期的模型匹配，發(fā)現(xiàn)模型的變化情況，從而得出車站及隧道的結(jié)構(gòu)形變情況。

3 結(jié)語(yǔ)

使用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行隧道的三維建模和結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)工作，是把高新技術(shù)應(yīng)用在傳統(tǒng)測(cè)量工作中的一個(gè)過(guò)程，也是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)手段的一個(gè)有力補(bǔ)充。在隧道和車站的三維建模上，三維激光掃描儀采用形測(cè)量方式，獲取被測(cè)量目標(biāo)的大量三維點(diǎn)，滿足了高精度逆向工程對(duì)三維點(diǎn)的數(shù)據(jù)量的要求；在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方面，利用激光掃描的先進(jìn)性，引入了結(jié)構(gòu)整體監(jiān)測(cè)的概念，對(duì)比原有的技術(shù)方法，結(jié)構(gòu)變形處一目了然，對(duì)于分析結(jié)構(gòu)變形的原因，具有很大的指導(dǎo)作用。