基于三維激光掃描技術(shù)在隧道超欠挖上的應用研究

　　摘要：本文利用貴南高鐵都安隧道采集的斷面數(shù)據(jù)進行三維激光掃描儀及全站儀的斷面測量精度和斷面測量的效率進行對比，得出三維激光掃描儀進行斷面掃描精度能夠滿足斷面掃描的要求，效率可以得到極大的提高的結(jié)論。

　　關(guān)鍵詞：三維激光掃描；點云預處理；斷面測量

　　1三維激光技術(shù)的應用及其精度對比

　　1.1測區(qū)概況

　　新建貴州至南寧高速鐵路廣西段GNZQ-6標都安隧道位于河池～都安區(qū)間，全長15152m，進口里程DK347+720，出口里程DK362+872，雙線隧道，設(shè)計為人字坡，進口至DK350+000段為17‰（2280m）的上坡，DK350+000至DK352+600.775段為4.1‰（2600.775m）的下坡，DK352+600.775至DK354+700段為17‰的（2099.225m）下坡，DK354+700至DK362+800段為9.5‰的（8100m）下坡，DK362+800至出口段為平坡（72m）。本隧洞身穿越地層以灰?guī)r、白云巖為主的可溶巖地層，地表呈峰叢地貌，洼地、落水洞發(fā)育，全隧共穿越1條斷層、1處向斜、1處背斜、4條節(jié)理密集帶。

　　1.2數(shù)據(jù)預處理

　　本次試驗采集數(shù)據(jù)在都安隧道進行，數(shù)據(jù)采集采用FAROFOCUS70相位式三維激光掃描儀，儀器有效測距為0.6-70m，采點速度為180萬每秒，掃描視角為360°*320°。如下圖所示為對點云數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的預處理，處理內(nèi)容包括點云數(shù)據(jù)的壓縮、拼接、去噪等操作。此次試驗站間距為25m左右，采集了兩站數(shù)據(jù)總耗時20分鐘，站與站直接原始數(shù)據(jù)的拼接使用球棱鏡，絕對坐標轉(zhuǎn)換采用全站儀測取球棱鏡的方式獲取。預處理成果如下圖3.1所示。

　　由于站點之間距離較近，且用的球棱鏡標靶，所以拼接數(shù)據(jù)誤差較小，重合率較高。下表為拼接報告誤差統(tǒng)計。

　　2與全站儀+斷面儀采集超欠挖數(shù)據(jù)對比

　　通過提取與全站儀所采集相同里程斷面，本次試驗對兩種方法所采集的數(shù)據(jù)進行了對比，下圖為全站儀+斷面儀所采集數(shù)據(jù)所生成的斷面分析圖和利用三維激光掃描儀采集數(shù)據(jù)生成的斷面分析圖。所取斷面里程均為DK362+770。

　　全站儀+斷面儀方法及三維激光掃描儀方法生成的斷面,對其數(shù)據(jù)進行對比，對比結(jié)果

　　如下表所示：

　　由兩種方法超欠挖成果數(shù)據(jù)以及隧道現(xiàn)場的實際情況對兩種方法進行比較分析，主要有以下幾點：

　　（1）由于三維激光掃面面積計算是用三角網(wǎng)算法，點云之間的距離間隔較小，面積計算更為準確，與實際面積相差較小，全站儀+斷面儀的斷面數(shù)據(jù)采集方式，采用的平滑算法，當間距過大時與實際面積相差較大。

　　（2）從超欠挖距離進行分析，三維激光掃描所用的點云數(shù)據(jù)點云密度較為密集，所采集的斷面數(shù)據(jù)隨機性較小，而全站儀+斷面儀的模式采集間距過大，存在一定的偶然性。

　　（3）通過數(shù)據(jù)分析，可以看出三維激光斷面掃描能夠滿足隧道斷面掃描的要求，而在實際操作過程中三維激光進行斷面掃描能夠大幅度的縮短工作時間提高工作效率。

　　3.結(jié)束語

　　本文對新建貴州至南寧高速鐵路廣西段GNZQ-6標都安隧道分別利用三維激光及全站儀進行隧道斷面掃描，結(jié)果表明三維激光掃描技術(shù)在隧道斷面掃描上較全站儀能夠在掃描精度上有所提高，在掃描效率上能夠大幅度縮短工作時間，減少人力投入，提高斷面掃描效率。同時，三維激光掃描后處理軟件還是存在許多半人工半智能化的人機互動，如果能夠提高其自動化及功能集成化，能夠進一步提高工作效率，更好的應用于各類測量項目中。

　　參考文獻

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　　[4]金輝虎.激光斷面儀在隧道初襯質(zhì)量檢測中的應用[J].山西建筑,2010,36(6):325—326.

　　作者李銳羅意

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