淺談邊坡?lián)鯄ψ冃蔚谋O(jiān)測新技術(shù)

廣西地礦建設(shè)集團(tuán)有限公司 530023

摘要：邊坡?lián)鯄ψ冃问侵T多路橋工程中常會(huì)出現(xiàn)的問題之一，對(duì)其進(jìn)行的監(jiān)測工作就非常重要，但是隨著施工技術(shù)的變化發(fā)展，傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)可能早已不在適用于現(xiàn)有的邊坡?lián)鯄ψ冃蔚谋O(jiān)測，新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用迫在眉睫。三維激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)為監(jiān)測邊坡?lián)鯄ψ冃螁栴}開拓出了新技術(shù)口擬建。本文就將基于三維激光掃描技術(shù)的角度，探究這項(xiàng)新監(jiān)測技術(shù)在邊坡?lián)鯄ψ冃伪O(jiān)測中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：邊坡?lián)鯄ψ冃危槐O(jiān)測技術(shù)

前言

上個(gè)世紀(jì)九十年代出現(xiàn)并逐漸發(fā)展起來的三維激光掃描技術(shù)，能夠簡單快捷的獲取到變形體目標(biāo)的三維參數(shù)，徹底轉(zhuǎn)換了傳統(tǒng)的點(diǎn)帶面監(jiān)測掃描理念，將全局性監(jiān)測理念帶到了人們的面前，同時(shí)也快速體現(xiàn)出了全局性監(jiān)測的技術(shù)優(yōu)勢，從多個(gè)方位掌握到變形體的變化時(shí)間、過程和規(guī)律，極大程度上豐富了變形體的測量價(jià)值和技術(shù)內(nèi)涵。相比于傳統(tǒng)的邊坡變形技術(shù)，三維激光掃描技術(shù)主要具有無需預(yù)埋單項(xiàng)測量裝置、可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量與監(jiān)測，同時(shí)監(jiān)測過程中的速度、精度和坡體的反應(yīng)能力也能大幅度的提高，其技術(shù)優(yōu)勢和特點(diǎn)非常明顯。在短時(shí)間內(nèi)就可以獲取變形圖形的密度、精度的三維數(shù)據(jù)，然后在對(duì)三維數(shù)據(jù)進(jìn)行分析建模之后則可以得到整個(gè)變形監(jiān)測體的變化信息，同時(shí)對(duì)監(jiān)測體的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析了解，掌握變形的規(guī)律，進(jìn)而可以對(duì)邊坡變形災(zāi)害進(jìn)行報(bào)告研究。

一 三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于邊坡?lián)鯄ψ冃蔚募夹g(shù)原理

用于地面邊坡?lián)鯄ψ冃伪O(jiān)測的三維激光掃描技術(shù)主要由激光掃描儀、計(jì)算機(jī)、電源供應(yīng)和其他附屬配件所構(gòu)成。激光掃描儀本身就具備距離測量和成像的能力，同時(shí)還可以結(jié)合CCD和儀器內(nèi)部的調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)校正處理。

簡單來說，激光掃描儀的運(yùn)轉(zhuǎn)原理就是根據(jù)光學(xué)三角原則來進(jìn)行的，把激光作為測量光源，然后將其投射到被測量物體或區(qū)域之上，同時(shí)使用光電敏感元件在被測量物件的另一方接受激光的反射能量，然后根據(jù)光點(diǎn)與光點(diǎn)之間在物體上的成像位移偏移位置，并且結(jié)合被測量物體的平面積、像點(diǎn)和光點(diǎn)間距關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算得出物體的深度參數(shù)。

激光測算通過激光掃描儀發(fā)射激光二級(jí)管中的紅外激光波線來發(fā)現(xiàn)安全波數(shù)，進(jìn)而達(dá)到對(duì)測驗(yàn)對(duì)象測算立體面積的目的，抽取測量單位中的深度數(shù)據(jù)和相應(yīng)的紅外波長。在紅外掃描儀內(nèi)部，紅外激光掃描控制模塊和單個(gè)的紅外數(shù)據(jù)測量模塊的水平方向值分別為 和天距數(shù)值。紅外掃描設(shè)備借助從被測量物體反射回來的紅外激光信號(hào)，同時(shí)對(duì)每個(gè)單測量紅外數(shù)據(jù)與被測量物體之間所經(jīng)過的時(shí)間相位差，就可以準(zhǔn)確側(cè)臉計(jì)算得出被測物體到掃描點(diǎn)之間的距離數(shù)據(jù)S和相應(yīng)的紅外反射強(qiáng)度I。水平數(shù)據(jù) 和天距數(shù)值 的主要作用就就是用來分別計(jì)算紅外激光掃描與被測物體上到掃描點(diǎn)三方的三維坐標(biāo)及坐標(biāo)數(shù)據(jù)。三位激光掃描處理體系通常都是在應(yīng)用激光掃描儀器內(nèi)部的坐標(biāo)系統(tǒng)和相應(yīng)的測算參數(shù)，通常情況下，X軸都是存在于橫向掃面范圍內(nèi)，而Y軸則是縱向坐標(biāo)區(qū)域內(nèi)與X軸相垂直，Z軸則將會(huì)與橫向掃描區(qū)域呈現(xiàn)垂直關(guān)系，進(jìn)而就可以得到以下坐標(biāo)點(diǎn)之間的三維計(jì)算公式：

X=Sin /sin（1）

Y=Sin /cos（2）

二 地面三維激光掃描儀使用的選擇

邊坡?lián)鯄ψ冃螌儆诘孛孀冃螠y量的技術(shù)范疇，變形監(jiān)測就要將測量儀器具有較高的變形參數(shù)精度和測量數(shù)據(jù)采集精度，測量設(shè)備在采集處理數(shù)據(jù)之后還應(yīng)該創(chuàng)建高精度的變形參數(shù)測量模型，針對(duì)部分高邊坡的的變形測量測量儀器還必須要具備一定的仰角測量能力。根據(jù)邊坡?lián)鯄y量的實(shí)際需求，筆者推薦由奧地利RNIG公司生產(chǎn)的RNIG ZC-2000型紅外激光掃描儀，應(yīng)用脈沖測距的方式開展變形物體測量，使用RNIG ZC-2000型紅外激光掃描儀可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)一無二的回波測量技術(shù)和全波數(shù)值分析與處理技術(shù)，每秒單發(fā)的紅外激光信號(hào)達(dá)到了4000點(diǎn)，紅外激光束的發(fā)生速率非?？欤瑑x器所提供的仰角分辨率達(dá)到0.005°，紅外激光的掃描距離整體達(dá)到了1.5km。除了上述能力之外，RNIG ZC-2000型紅外激光掃描儀還可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)掃描模式之上開展多菱鏡快速旋轉(zhuǎn)掃描，能夠?qū)ψ冃挝矬w進(jìn)行多方位的全面掃描，紅外激光掃描線條的分布可以實(shí)現(xiàn)最大的均勻性，現(xiàn)階段單一的激光線條分布是在是不能滿足當(dāng)前的實(shí)際測量需求。在儀器接口處理方面，RNIG ZC-2000型紅外激光掃描儀也預(yù)留出了GPS和數(shù)碼相機(jī)的接口，因此可以實(shí)現(xiàn)在RNIG ZC-2000型紅外激光掃描儀上進(jìn)行GPS設(shè)備預(yù)先定位處理，同時(shí)還可以采用數(shù)碼相機(jī)對(duì)變形測量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步采集。

三 邊坡?lián)鯄y量技術(shù)路線的規(guī)劃

我們必須要明確邊坡?lián)鯄ψ冃蔚臏y量任務(wù)必須建立在各環(huán)節(jié)載荷參數(shù)和外力作用的基礎(chǔ)之上，了解變形擋墻形狀的大小、位置和空間狀態(tài)，盡量保證三方之間的位置關(guān)系處于和諧穩(wěn)定，同時(shí)還應(yīng)該實(shí)時(shí)掌握變形體的實(shí)際狀態(tài)，進(jìn)而為后續(xù)的測量工作打下堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在實(shí)際作業(yè)過程中，必須根據(jù)檢測的技術(shù)特點(diǎn)，靈活使用儀器的坐標(biāo)系統(tǒng)來采集坐標(biāo)參數(shù)，進(jìn)而與國家的坐標(biāo)系統(tǒng)產(chǎn)生技術(shù)聯(lián)動(dòng)，讓檢測的精確度得到充分的提高。

四 邊坡?lián)鯄ψ冃伪O(jiān)測

（一）采集測量參數(shù)

根據(jù)紅外激光掃描數(shù)據(jù)采集作業(yè)規(guī)律，使用測站點(diǎn)加后視點(diǎn)的測量方式，在一號(hào)測量點(diǎn)上架設(shè)掃描儀，同時(shí)分別在二號(hào)測量點(diǎn)和三號(hào)測量點(diǎn)上架設(shè)測量標(biāo)靶，其中三號(hào)測量點(diǎn)應(yīng)該作為整個(gè)測量工程的定向中心點(diǎn)，二號(hào)監(jiān)測點(diǎn)則應(yīng)該被作為校驗(yàn)點(diǎn)。掃描監(jiān)測站位置的設(shè)置應(yīng)該距離邊坡?lián)鯄s30m左右，為了能夠保證監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集精度和實(shí)際測量的效率，儀器設(shè)備的點(diǎn)云分辨率應(yīng)該設(shè)置在120m以內(nèi)，單點(diǎn)間距為0.05m。

（二）點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分析處理

使用Riscanfb Ong數(shù)據(jù)分析軟件來處理之前掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的分析處理應(yīng)該根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)的實(shí)際信息準(zhǔn)確錄入，然后使用Riscanfb Ong數(shù)據(jù)分析軟件來講點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理，進(jìn)而得到地面坐標(biāo)系之下的基礎(chǔ)原點(diǎn)數(shù)據(jù)。

（三）將點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模

點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模處理筆者推薦使用Genigkhg Cihgk軟件，這是有美國Gbigk公司出品的逆向工程和三維數(shù)據(jù)處理軟件，進(jìn)而就可以得到更加完美的多面數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)網(wǎng)格，并且還可以將其靈活轉(zhuǎn)換為NURRS曲面，同時(shí)還可以將更多的零單數(shù)據(jù)融入到該項(xiàng)系統(tǒng)當(dāng)中，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型。

把預(yù)處理的文本格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)調(diào)成到Genigkhg Cihgk軟件當(dāng)中，并且通篩選、分析、抽取和封裝等方式，得到最終的三角網(wǎng)數(shù)據(jù)模型。

五 結(jié)束語

總而言之，三維激光掃描技術(shù)是當(dāng)前邊坡?lián)鯄ψ冃螠y量當(dāng)中的最新技術(shù)之一，同時(shí)三維激光掃描技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的效果也是極佳的，本文主要引進(jìn)了逆向工程和三維檢測的理念。

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