基于三维点云数据在隧道变形监测中的应用

0 引言隧道变形监测作为地铁隧道安全工作中的重要环节，对于监测数据的及时、高效和准确有了越来越高的要求。

三维激光扫描技术是一种以激光测距方式快速获取大量测点三维坐标的测量技术，能够克服传统测量技术的局限性，获取更加全面的隧道变形信息[1]，并可在隧道照明条件下正常工作。

该技术数据采集效率高，完成每个测站的数据采集仅用时约5 min，较好地满足了运营地铁隧道一般只能在夜间较短时间内作业的要求。

多站点云数据拼接方法作为点云数据预处理步骤之一，对后续点云数据的分析和解释起到重要作用。

该方法主要分为手动匹配和软件匹配2种：手动匹配基于特征点混合拼接法，而自动匹配基于贴附标靶。

目前，应用较广泛的是Iterative Close Point（ICP）算法，是基于点信息的点云拼接算法之一，该算法由Besl等[2]和Chen [3]提出，通过最小二乘算法的最优匹配方法，对点云数据进行多次重复配准，确定数据中对应关系点集并计算最优刚体转换和平移参数，迭代计算直至满足某个设定的误差收敛，经国内外许多学者的研究和改进，已成为3D点云匹配中的最经典的算法之一。

在已有理论基础上，通过对深圳市轨道交通2号线某隧道自动化监测红色报警区域进行三维激光扫描，得到该区域的6站点云数据，经ICP算法配准，得到6个测站的整体拼接数据，根据拼接后的数据计算各环片椭圆度变形值，与自动化监测数据对比，达到复核及补充监测的效果。

1 项目概况以深圳市轨道交通2号线长约130 m的隧道监测区域为研究对象，该区域位于市中心繁忙主干道下方，地上高层建筑物林立，易发生隧道变形。

经隧道收敛监测发现，部分区间的道床沉降、水平位移、横向收敛变化量均较大；隧道现状调查发现，区间段部分隧道管片环纵第一作者：孙泽会（1991—），男，工程师。

E-mail ：***************三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用孙泽会1，曾奇1，刘德厚2，陈鸿1，余海忠1（1. 深圳市市政设计研究院有限公司，广东 深圳 518029；2. Woodside Priory School，Portola Valley CA USA 94028）摘 要：随着测量技术的快速发展，三维激光扫描技术在地铁隧道收敛变形监测中的应用日益广泛。

三维激光扫描技术在地铁隧道形变检测中的应用摘要：地铁建设或运营过程中，地面、周边建筑物负载及土体扰动、隧道周边工程施工等因素会对隧道产生综合影响从而造成隧道结构变形。

地铁隧道正上方堆放大量渣土导致还未运营的线路结构产生严重形变，全站仪测量方式很难准确测绘出形变大小。

合理应用三维激光扫描技术，应对可以对隧道受损区域的检测和修复工作。

关键词：三维激光扫描技术；地铁隧道工程；形变检测1 引言三维激光扫描技术的优势在于以激光为介质，可以实现无接触测量，通过计算激光的反射时间确定距离，并且通过多点测量可以获取多个点位数据信息，进而构建三维模型，这对于地铁隧道形变检测工程施工活动的开展具有重要的参考价值，可以有效确保施工活动顺利进行。

2三维激光扫描技术三维激光扫描技术具有非接触性、快速性、高密度、实时性强等特点，在体积计算中具有显著优势。

三维激光扫描技术又叫实景复制技术，它可以通过极高速的激光扫描快速获取大量高精度的空间三维坐标，然后快速利用这些点云数据实现物体模型的建立。

三维激光扫描技术具有寻常测量技术难以企及的优势，如高精度、全自动、非接触性、高密度、数字化、实时动态等特点。

因此，它又被称为继全球定位系统技术后测绘领域的又一次技术革命。

三维激光扫描技术的优势主要表现在以下几方面：①测量作业效率高，测量速度在0.5m/s以上，在大型工程以及工期任务较紧的项目中采用三维激光扫描技术可以取得良好效果；②测量点的密度大，每个断面采样点超过500个，获取的数据信息更加全面，适用于测量环境较为复杂或者作业面较大的工程项目；③可以自主设置断面测量的间隔，适用性更强；④获取的测量成果多且全面，可以得到任意间隔多断面图，隧道表面可以量测激光影像；⑤测量成果的用途较广，在线路侵界、管片错台、裂缝、管环收敛以及隧道渗水等方面都具有参考价值；⑥不需要接触测量目标，可以实现无损检测，对测量目标不会产生负面影响，尤其是在一些具有危险性的作业环境中，可以最大限度降低作业人员的风险；⑦仪器架设的自由度比较高，相较于全站仪等传统设备来说，不需要进行对中操作，这意味着也就不会产生对中误差，并且架设地点可以灵活选择，环境影响因素较小。

三维激光扫描技术在隧道工程中的应用分析摘要：随着科学技术的发展，我国的三维激光扫描技术有了很大进展，并在隧道工程中得到了广泛的应用。

三维激光扫描能够对扫描场景进行高精度还原，三维激光扫描的点云含有位置和属性信息，基于多源传感器获取的地铁隧道点云数据，对其进行深度分析挖掘，可以获取更多有用信息。

本文首先分析激光扫描技术的概念，其次探讨作业流程及数据处理，最后就三维激光扫描技术在隧道工程中的应用进行研究，以供相关工程进行参考。

关键词：三维激光扫描；隧道工程；应用引言三维激光扫描技术的出现使准确、高效获取空间三维信息提供了可能,它能够通过高速旋转的激光头单位时间内发射数十万甚至数百万激光点,进而真实还原三维空间形态,通过对点云信息的深度挖掘,可以准确识别隧道的裂缝、渗漏水及管片错台等病害信息。

移动轨道扫描系统集成了高精度三维扫描仪、高精度激光惯导、GNSS/ INS 组合定位定姿装置、线结构激光测量传感器、控制与存储模块及高清全景相机等多种传感器于一体;借助小车可以在轨道上匀速前进,从而准确获取隧道空间无死角全息点云数据,通过专业后处理软件处理,可准确提取隧道结构中心线、轨面线、断面结构等三维空间状态信息;通过一定的数学运算,可进行隧道结构收敛、椭圆度、旋转、错台等物理变形分析;根据点云反射率信息,借助人工智能算法,可自动或半自动识别隧道裂缝、渗漏水等病害信息并进行标注,从而建立地下隧道的病害数据库,共后期决策部署使用,为线路运营安全预防及调度提供基础数据保障。

1激光扫描技术激光扫描技术作为一种非接触式的主动测量技术，可在天气条件不理想的情况下进行作业。

该技术通过搭载在不同平台上的激光扫描仪通过面状扫描获取目标地物表面的三维坐标信息，以较高数据采集效率获取海量的激光点云数据，通过高密度点云数据建立三角网，生成地物的数字表面模型，同时利用激光扫描仪搭载的相机拍摄影像为点云数据赋色，使得点云数据三维可视化效果更接近于真实场景。

三维激光扫描技术在传统地铁隧道变形监测中的应用随着城市的发展，地铁隧道这一方便城市交通的工程得到了越来越多的注意，同时作为一种地下工程，地铁隧道的安全性也是使用过程中必须注意的，因此必须有相应的监测方法对地铁隧道展开变形监测。

地铁隧道变形监测对保障地铁设施的安全至关重要，而传统的监测方法在应用中起到的作用非常有限，只能够对间隔了一定距离的一部分断面的数据进行分析。

而三维激光扫描技术就是近年来得到广泛使用的监测技术的一种。

这种监测技术的通途广泛，已经大范围的应用于城市的地面模型建立和三维数据模型建立，应用于地铁隧道中时，可以有效的对地铁隧道的变形程度进行监测。

1 地铁隧道变形概念和三维激光扫描技术地铁隧道变形是指在地铁的运营过程中，地铁的隧道受到外力影响如周边的工程施工或者地铁隧道内部的工程施工以及地铁列车的运行造成的振动进而造成的隧道变形。

而三维激光扫描技术则是在1995年左右出现的一种技术，这种技术是GPS后又一项新型的测绘技术，这种测绘技术通过高速的激光对扫描对象的数据进行快速的收集、统计、分析，因为激光的效率高，计算的速度快，因此可以快速的采集大量的空间点位信息，可以快速的建立物体的三维影像模型。

因为其快速、不接触、实时动态监测和高精度的特点，在各个工程中均有着一定的应用。

而三维激光扫描技术通常由扫描仪、支架、电源、计算机以及一些配件组成。

而三维激光扫描仪就是其中最为重要的一部分，是一切的前提和基础，三维激光扫描仪由激光发射器和激光接收器、计时器、可以旋转的滤光镜、控制电路板、和微电脑等组成，因为高效的测量技术，因此其重要性往往可与GPS这门空间定位技术相提并论，不同于传统的单点测量，三维激光扫描技术具有数据收集快数据精度高和数据处理快的优点，通过对地铁隧道管壁的三维点云数据扫描，最终得到一个具有高度分辨率的地铁隧道模型。

2 三维激光扫描技术在传统地铁隧道变形监测中的应用2.1 对数据的收集通过对导线和水准测量方案的设计，然后使用激光扫描仪对需要测量的地铁隧道进行扫描，主要扫描站间距和扫描点密度并且保证扫描的重叠度合格。

三维激光扫描技术在变形监测中的应用李栋梁摘要：变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形形态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。

变形监测的任务就是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小、及位置变化的空间状态和时间特征。

关键词：三维激光扫描技术；变形监测；随着激光扫描硬件设备的升级优化，三维激光扫描仪与其他设备更加易于集成，数据采集简单迅速，可实时处理点云数据，快速构建三维模型。

与传统变形监测方法相比，将三维模型用于变形监测更加全面，自动化、智能化强度高，实时性好，且精度高。

一、三维激光扫描技术在变形监测中存在的问题虽然三维激光扫描技术在变形观测中的应用越来越广泛，理论研究越来越成熟，然而仍有很多存在的问题限制了它在变形观测领域的发展，主要有：（１）现有的变形监测一般是基于监测点的变形观测，这不完全适合基于三维激光扫描技术的变形监测，所以无监测点的变形监测方法有待探究。

（２）与三维激光扫描技术相关的精度评定和误差理论等必须进一步完善，如扫描过程中的遮挡问题，如果处理的不好将会大大影响变形观测的质量。

（３）模型求差法中的变形量可以通过不同时段的两个三维模型进行整体对比来获得，这样就必然会涉及到模型匹配的问题。

匹配的精度对变形量的获取精度有着直接的影响。

（４）目前为止，在变形监测的数据精度和模型精度上还没有一个统一的精度评价体系。

二、三维激光扫描技术在变形监测中的优点1.三维激光扫描仪的单点定位精度一般能达到亚厘米级，甚至其模型精度还要远高于这个精度。

目前，针对三维激光扫描技术能否应用于变形监测中这一问题，很多研究人员都做了大量的试验，试验结果证明三维激光扫描仪完全可以代替传统测量方式来进行变形观测测量。

2.与基于传统测量或ＧＰＳ的变形监测技术相比，三维激光扫描仪能高效率、高精度地采集到目标表面的点云数据，有效地避免传统变形监测技术中，采用设置监测点方法（即以点代面的分析方法）所带有的局部性和片面性。

三维激光扫描技术在隧洞检测中的应用摘要：三维激光扫描是继GPS技术以来测绘领域的又一次技术革命。

它集实时性、主动性和适应性好的特点于一身。

且无需和被检测对象直接接触，可以在很多复杂环境下应用。

本文以某水电站导流涵洞实际工程为例，详述了三维激光扫描技术在隧洞工程检测、数字建模方面巨大的应用潜力。

关键词：三维激光扫描；测绘；工程检测；1 概述隧道工程是我国铁路、公路的重要连接项目，项目的施工方法较多的采用了新奥法，新奥法最主要的特点是，可通过动态监测的方式，对地质条件中隧道围岩进行勘察监测，以获得精准勘察数据，做为隧道工程的支护结构设计和施工[1]。

新奥法隧道施工中，隧道监控量测工作的质量与结果，对隧道施工的安全与进度，具有重要的指导作用。

为了提升数据的准确性，真实的反映隧道围岩的地质结构，确保测量结果不出现偏差，克服现有监控量测工作缺陷，在测量上应用三维激光扫描仪，做为辅助检测设备，对隧道洞内加以监测，其可提高监控量测工作的速度与准确度，节省人力物力，有效促进隧道工程的施工建设。

2 三维激光扫描仪测量原理三维激光扫描仪测量技术是我国目前较为先进的全自动高精度立体扫描监测技术，也是新型“实景复制技术”，其主要工作原理是应用空间定位系统，对目标进行测绘，获得数据的方法，这是继GPS技术的又一项新突破。

三维激光扫描技术，以三维激光扫描获得的原始数据为点云数据，通过获取大量的点云数据，进行散点结合后形成测量结果。

这种测量方式的适时性、主动性与适应性好[2]。

应用三维激光扫描仪，通过高速精确的激光测距仪，引导激光并能够通过均匀角速度扫描的反射棱镜，通过激光测距仪主动发射激光并接受测量物体表层反射信号，每一个扫描点均能够获得一个扫描点的斜距，通过水平与垂直方向角，获得空间坐标，最后求出扫描点的三维坐标点[3]。

三维激光扫描仪主要是通过激光脉冲信号的发射，接触物体（目标点P）后并反转回接收器，获得目标与扫描仪之间的距离（S）以后，扫描仪内部控制编码器同步对每个激光脉冲横向扫描，角度横向观测值设为α，则纵向扫描角度观测值设为β。

点云数据处理方法在建筑变形监测与结构安全评估中的应用分析建筑变形监测与结构安全评估一直是建筑工程领域中的重要议题之一。

传统的监测方法通常需要借助昂贵的仪器设备和大量的人力物力，而且监测结果的准确性和可靠性受到很大的限制。

然而，随着点云数据处理方法的发展和应用，更加高效和精确的建筑变形监测与结构安全评估方法逐渐浮出水面。

点云数据处理方法是一种将三维激光扫描技术和计算机视觉技术相结合的新兴技术。

通过使用激光扫描仪将建筑物表面的点云数据进行采集和处理，可以得到建筑物的三维模型，从而实现对建筑物的变形监测与结构安全评估。

首先，点云数据处理方法可以实现高精度的变形监测。

传统的监测方法往往只能获取到有限的监测点数据，而且监测频率有限。

而点云数据处理方法可以通过激光扫描仪精确地获取建筑物的整体形貌，能够获得大量的点云数据。

这些点云数据可以通过计算机视觉技术进行处理，实现对建筑物各个部位的变形监测。

通过对比不同时间段的点云数据，可以准确地判断出建筑物的变形情况，并及早采取相应的安全措施。

其次，点云数据处理方法可以实现全方位的结构安全评估。

传统的结构安全评估方法通常只能通过人工检查和有限的监测数据判断建筑物的安全状况。

而点云数据处理方法可以获取到建筑物的全方位信息，包括建筑物的表面形貌、几何结构等，可以实现对建筑物各个方面的全面评估。

通过对点云数据的分析，可以发现建筑物可能存在的结构问题，如裂缝、沉降等。

同时，通过对点云数据的量化分析，可以得到建筑物的结构参数，并与设计参数进行对比，评估建筑物的结构安全性。

此外，点云数据处理方法还可以实现建筑物的后期变形监测与安全评估。

在一个建筑物竣工后的运营阶段，建筑物的变形和结构安全问题可能会逐渐显现。

传统的监测方法通常只能获得分散的监测数据，无法全面地了解建筑物的变形情况。

而点云数据处理方法可以周期性地对建筑物进行激光扫描，获取建筑物的点云数据。

通过对比不同时间段的点云数据，可以实时监测建筑物的变形情况，并进行结构安全评估。

如何使用激光雷达进行隧道变形监测隧道变形监测是隧道工程中非常重要的一项任务。

激光雷达作为一种先进的监测技术，被广泛应用于隧道变形监测中。

本文将从激光雷达的原理、技术优势以及使用方法等方面，探讨如何使用激光雷达进行隧道变形监测。

一、激光雷达的原理激光雷达是一种使用激光束扫描环境并测量其反射距离的设备。

其工作原理基于激光束的发射与接收。

激光雷达通过发射激光束，然后利用接收到的反射信号来计算物体与传感器之间的距离。

通过不断改变激光束的方向与角度，激光雷达可以获得环境中各个点的三维坐标信息。

二、激光雷达的技术优势激光雷达在隧道监测中具有许多技术优势。

首先，激光雷达可以实现非接触式测量，不需要直接接触被测物体，避免了施工干扰和风险。

其次，激光雷达具有高精度和高测量频率的特点，能够准确捕捉到细小的变形信息。

此外，激光雷达还具有远距离测量、全天候工作等特点，适用于各种监测场景。

三、激光雷达在隧道变形监测中的应用使用激光雷达进行隧道变形监测需要依靠专业的软件和设备。

首先，需要将激光雷达安装在合适的位置，确保其可以覆盖整个监测区域。

然后，通过激光雷达获取隧道内的三维点云数据，这些数据可以反映隧道内部的形变情况。

接下来，可以利用专业软件对激光雷达采集的数据进行处理和分析，提取出关键的变形信息。

四、激光雷达在隧道变形监测中的优势相比传统的监测方法，激光雷达在隧道变形监测中具有明显的优势。

首先，激光雷达的高精度和高测量频率能够提供更准确的监测数据，便于及时发现隧道变形情况。

其次，激光雷达的非接触式测量方式无需对隧道进行改造或移动传感设备，降低了监测的施工难度和成本。

此外，激光雷达具有自动化和实时性的特点，可以快速获取数据并进行处理，为隧道变形监测提供了便利。

五、激光雷达在隧道变形监测中的挑战尽管激光雷达在隧道变形监测中具有许多优势，但也存在一些挑战。

首先，隧道内的灰尘、烟雾等干扰物可能会影响激光束的传播和反射，导致数据的不准确性。

912023年3月上 第05期 总第401期工程设计施工与管理China Science & Technology Overview0.引言在铁路和公路项目中，隧道施工一直是重点和难点，尤其当隧道围岩等级较低，所穿越地质较为复杂时，隧道的施工难度及安全风险会大大增加。

因此，对于该类型隧道如何控制其开挖过程中围岩的稳定性，确保施工安全已受到广泛关注，也是施工中最为重要的控制点。

隧道洞内监测主测项目主要有拱顶下沉和净空收敛，其传统量测方式主要采用全站仪和收敛计来进行[1]，这两种方法不但作业程序耗费时间长，影响下一步施工工序，而且观测点设置在洞壁上，容易被损坏和破坏，导致监测数据无法连续使用，新建的反射点无法再反映围岩变形的变化情况。

全站仪测量多采用绝对坐标系，每次测量前的建站及校核繁琐复杂且耗时耗力。

在新建湖州至杭州西至杭黄高铁连接线工程鹿山隧道施工中，由于该隧道长度较长地质较差且穿越富水断层破碎带，为确保洞内围岩变形量测数据能最大程度地反映实际情况，确保洞内施工安全，项目部决定采用3D 扫描技术（即三维激光扫描技术）进行洞内围岩变形施工监测。

充分利用该技术耗时短、效率高等优点，不但可以快速完成隧道断面的变形监测工作，而且测后数据也采用计算机进行自动处理分析，然后形成三维模型，使得技术人员能够及时、准确、直观地掌握隧道洞内变形收敛情况，快速为下一步施工提供数据支撑，最大程度地降低了施工安全风险，保证了施工安全，加快了施工进度。

通过现场实际应用，3D 扫描技术在软弱围岩长大隧道围岩量测中取得很好的效果。

1.工程概况新建湖州至杭州西至杭黄高铁连接线工程（不含先期收稿日期：2022-10-02作者简介：王印（1987—），男，安徽六安人，本科，工程师，研究方向：隧道特殊地质快速施工。

3D 扫描技术在隧道施工中的应用王 印（中铁十二局集团第一工程有限公司，陕西西安 710038）摘 要：本文主要介绍了在新建湖州至杭州西至杭黄高铁连接线工程鹿山隧道施工中，由于该隧道长度较长地质较差且穿越富水断层破碎带，不但大大增加了施工难度和安全风险，而且使得隧道变形监控量测的工作量也随之增加。

三维激光扫描测量技术在变形监测中的应用冯国飞(北京市矿产地质研究所 北京 101500)摘要：三维激光扫描设备能够做到非接触测量，对被测对象实施扫描后，能够迅速衔接云点数据，收集被测点的形变信息。

与此同时，该技术能够对基坑与四周建筑的形变趋势做到跟踪记录，利于相关技术人员了解基坑与建筑的形变问题，从而及时采取管控措施。

该文结合某实际基坑监测工程，采用三维激光扫描设备，提出一种基于三维激光扫描测量技术的基坑形变监测方案，并详细分析方案应用过程。

希望三维激光扫描技术能够在基坑变形监测中发挥出最好的效果。

关键词：三维激光扫描技术 基坑变形 监测 应用分析中图分类号：P225.2;TU196.1文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)16-0030-04Application of 3D Laser Scanning Measurement Technology inDeformation MonitoringFENG Guofei(Beijing Institute of Mineral Resources and Geology, Beijing, 101500 China)Abstract:3D laser scanning equipment can achieve non-contact measurement, and after scanning the measured object, it can quickly connect cloud point data and collect deformation information of the measured point. At the same time, this technology can track and record the deformation trend of the foundation pit and surrounding buildings, which is helpful for relevant technicians to understand the deformation problems of the foundation pit and buildings, so as to take control measures in a timely manner. Combined with a practical monitoring project of the foundation pit, this paper proposes a deformation monitoring scheme of the foundation pit based on 3D laser scanning mea‐surement technology by using 3D laser scanning equipment, and analyzes the application process of the scheme in detail, hoping that 3D laser scanning technology can play the best role in the deformation of the foundation pit.Key Words: 3D laser scanning technology; Deformation of foundation pit; Monitor; Application analysis传统的基坑形变监测技术有全站仪、水准仪测量等，需要在基坑的各个部位布设数多的监测点。

如何进行隧道变形监测和分析隧道是连接不同地区的重要交通工程，它们必须经过频繁的使用和长期的运营。

然而，由于地下结构的特殊性和外界的影响，隧道变形成为一个需要重视的问题。

变形监测和分析是保证隧道结构稳定和运行安全的重要手段。

1. 背景介绍隧道的变形主要由于地下水位、地震、岩层变形、温度变化等因素引起。

如果不及时监测和分析隧道的变形情况，就无法采取有效的措施来应对潜在的安全问题。

因此，进行隧道变形监测和分析至关重要。

2. 变形监测方法2.1 动态监测方法动态监测方法主要利用传感器对隧道结构进行实时监测，包括振动传感器、位移传感器和加速度传感器等。

这些传感器可以记录并传输隧道的变形情况，从而及时发现潜在的安全隐患。

2.2 静态监测方法静态监测方法主要利用测量仪器对隧道的位移、应变、应力等参数进行测量，并通过数学模型对数据进行分析。

这些方法具有高精度和长期稳定性的优点，适用于长期监测和分析。

3. 变形分析技术3.1 图像处理技术通过对隧道内部的监控摄像头拍摄的图像进行处理和分析，可以得到隧道内部的位移、变形等参数。

这种方法具有实时性强、成本较低的优势，广泛应用于隧道变形监测和分析中。

3.2 激光雷达技术激光雷达技术可以对隧道结构进行三维扫描，获取大量点云数据，从而得到隧道的形状和变形情况。

这种技术具有高精度和高效性的优势，适用于复杂地质条件下的监测和分析。

4. 变形监测与风险评估变形监测和分析的目的是为了评估隧道的结构健康状况和安全风险，从而制定相应的修复和维护计划。

基于监测数据和分析结果，可以建立隧道的变形模型，并通过有限元分析等方法对结构进行评估。

5. 应用案例5.1 隧道衬砌监测隧道衬砌是隧道的重要组成部分，对隧道结构的稳定起着重要作用。

通过安装位移传感器和应变传感器等监测装置，可以实时监测隧道衬砌的变形情况，并及时采取措施进行补强和修复。

5.2 地下水位监测地下水位是引起隧道变形的主要因素之一。

基于三维激光扫描技术的建筑物变形监测与分析摘要：随着现代建筑物的日益复杂和高度，建筑物的变形监测与分析变得尤为重要。

本文基于三维激光扫描技术，探讨了建筑物变形监测与分析的方法和应用。

首先，介绍了三维激光扫描技术的原理和优势。

然后，讨论了建筑物变形监测的关键步骤，包括扫描数据采集、数据处理与分析。

最后，通过实际案例，展示了三维激光扫描技术在建筑物变形监测与分析中的应用，并分析了其效果和局限性。

本研究对于提高建筑物变形监测与分析的精度和效率具有重要意义。

关键词：三维激光扫描技术；建筑物变形监；数据采集；数据处理与分析一、引言建筑物的变形监测与分析在建筑工程领域具有重要的意义。

随着建筑物规模的不断扩大和结构复杂度的增加，传统的监测方法已经无法满足精确度和效率的要求。

因此，引入先进的三维激光扫描技术成为了解决该问题的有效途径。

本文旨在探讨基于三维激光扫描技术的建筑物变形监测与分析方法，提高监测精度和效率，为建筑工程领域提供有价值的参考。

二、三维激光扫描技术原理与优势1、原理三维激光扫描技术的原理基于激光束的发射和接收。

首先，激光器向建筑物表面发射一束激光光束。

当激光束与建筑物表面相交时，部分激光光束会被反射回到激光扫描仪的接收器上。

接收器会记录下反射光的时间和位置信息。

通过测量激光光束的发射和接收时间之差，可以计算出激光光束在空间中的传播距离。

根据激光光束的传播距离和接收器的位置，可以确定建筑物表面上的点的三维坐标。

通过在不同位置发射激光束并记录反射光的信息，可以获取大量的点云数据，构建出建筑物的三维模型。

2、优势相比传统的建筑物变形监测方法，三维激光扫描技术具有以下优势：(1) 高精度：三维激光扫描技术能够实现亚毫米级的测量精度。

由于激光束的传播速度极快，激光光束的时间测量能够提供精确的距离信息。

因此，通过对大量点云数据进行处理和分析，可以实现对建筑物表面微小变形的准确监测和定量分析。

(2) 非接触性：三维激光扫描技术是一种非接触性测量方法。

三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用发表时间：2018-11-26T09:46:21.893Z 来源：《基层建设》2018年第29期作者：黄彦然[导读] 摘要：地铁隧道施工中容易受到土体、周围环境、建筑影响，工程结构容易发生变形而威胁隧道稳定性、安全性从而制约地铁稳定运行。

广东省重工建筑设计院有限公司 510670摘要：地铁隧道施工中容易受到土体、周围环境、建筑影响，工程结构容易发生变形而威胁隧道稳定性、安全性从而制约地铁稳定运行。

所以，隧道施工中进行变形监测具有重要作用，现阶段三维激光扫描技术应用较多，该技术可以提供试场中有效测程的采样密度的高精准点的云数据，建立三维模型数据场，确保监测完整性、全面性。

接下来，本文着重对三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用进行简要分析。

关键词：三维激光扫描技术；地铁隧道变形监测；应用方法传统地铁隧道变形监测信息片面、自动化程度低、工作效率不高，进而在实际应用中容易导致隧道地铁变形。

而应用三维激光扫描技术有效解决了这一问题，并且对作业环境没有较多要求，即使在黑暗条件下也可以顺利应用，工作效率高且数据搜集全面，有效符合了地铁隧道夜间作业需求。

一、三维激光扫描技术系统原理（一）三维激光扫描系统种类结合各行业应用需求三维激光扫描系统可以分为较多类型，根据搭载平台基本可以划分为几种。

测站式三维扫描仪：该设备需要保证测站稳定性，通常使用三脚架稳固。

检测原理与全站仪相近，不过测量快速包含数码相机、软件处理、激光测头等。

伴随着科学技术的进步在一定程度上也促进了该项技术进步，逐渐趋于移动式激光扫描，这种技术对稳定性无较高要求，通常把地面三维激光扫描系统集成其他系统，即：GNSS、INS。

车载三维激光测量系统：该系统综合了三维扫描仪、卫星导航定位、数码相机、控制系统，将其应用于汽车封装中能够迅速获得准确位置与状态信息、高密度三维点云数据与全景数据。

控制系统主要控制GPS记录位置控制惯导装置记录状态，激光扫描仪展开扫描控制系统控制激光信号发射，获得同步点云。

三维激光扫描在地铁运营隧道变形监测的应用发布时间：2022-12-30T06:43:04.583Z 来源：《工程建设标准化》2022年9月17期作者：潘磊[导读] 随着经济的发展，中国交通运输行业迎来了蓬勃发展的时期，潘磊中铁隧道勘察设计研究院有限公司广东省 511458 【摘要】：随着经济的发展，中国交通运输行业迎来了蓬勃发展的时期，在城市中的地铁建设也迎来了关键的时期，随着地铁的建设和维护，地铁隧道与轨道存在着诸多的问题，这些问题如果不解决会为地铁运营埋下安全隐患，还可能造成安全事故。

近年来，国家相关部门颁布了多项地铁轨道运营的政策来促进城市地铁的健康发展。

在众多轨道交通问题中地铁隧道变形是其中至关重要的问题，采用三维激光扫描这类先进的科学技术可以有效检测上述问题。

三维激光扫描技术使用的原理是高速激光，然后自动、快速、高精度、高密度测量地表的三维空间坐标信息，再将采集过来的数据进行整合，从而再现实景。

三维激光扫描技术与传统的测绘制图技术相比，前者更加智能化、自动化、科学化，能精确地将大数据、数字空间等信息采集，特别是经历了几十年的发展，此技术已经被运用到建筑、文物保护军事勘测以及自然灾害的预测等诸多领域，此技术已日趋成熟。

【关键词】：三维激光扫描；地铁运营隧道；变形监测引言在地铁隧道中来说，隧道变形是其中危害比较大的问题，因此，做好隧道变形监测能为隧道施工和运营保驾护航，是十分重要的一项措施。

在目前地铁隧道监测中，一般是在隧道壁埋点，然后用专业的仪表仪器来做全方位的监测，但是这样监测方法不仅需要投入大量的人力物力和时间，还无法对隧道的全貌进行自动监测。

随着科学的发展，三维激光扫描技术也在不断提升，它可以监测隧道形变，通过三维激光扫描而获取的数据可以将点的形变发展为面的形变监测，这样监测方法就更先进更科学，在地铁运营隧道形变监测中是一大进步，是质的飞跃。

一、地铁隧道变形的影响因素1、施工期间的影响一般来说，城市地铁建设一般是位于地下岩土层下的，地铁隧道挖掘方法多种多样，如明挖、覆盖法、暗挖、筛分法等，但毫无例外，每一种挖掘方法都会破坏原有地下岩土层的平衡，对地下岩土层的地质造成伤害。

用全站仪进行隧道变形监测的两种方法隧道变形监测是一个非常重要的工程技术手段，它可以帮助工程师及时掌握隧道的变形情况，为工程的安全运行提供保障。

全站仪是一种非常常用的测量仪器，它可以高精度地进行角度和距离的测量，因此在隧道变形监测中有着广泛的应用。

全站仪进行隧道变形监测一般采用以下两种方法：1.三维坐标法三维坐标法是全站仪进行隧道变形监测的常用方法之一、首先，在隧道内设置若干个测点，每个测点上安装全站仪进行测量。

然后，通过多次测量，获取各个测点的三维坐标信息。

在一定的时间间隔内，再次测量各个测点的三维坐标，将其与初始测量的坐标信息对比，就可以得到隧道内各个测点的位移情况。

通过分析各个测点的位移数据，可以判断隧道的整体变形情况。

三维坐标法的优点是可以直接获得各个测点的位移数据，可以对隧道内每个测点进行详细的变形分析。

同时，全站仪具有高精度的测量能力，可以保证数据的准确性。

但是，三维坐标法需要在隧道内设置大量的测点，工作量较大。

而且，由于全站仪只能在有视线的情况下进行测量，隧道内部的柱状结构、设备等可能会影响测量的精度和可行性。

2.反射测距法反射测距法是另一种全站仪进行隧道变形监测的方法。

首先，在隧道内设置一个或多个基准点，通过全站仪测量基准点到各个测点的距离。

然后，将测量得到的距离信息保存下来作为基准值。

在一定的时间间隔内，再次使用全站仪测量各个测点到基准点的距离，通过与基准值对比，就可以得到隧道内各个测点的位移情况。

反射测距法的优点是只需要在隧道内设置少量的基准点，工作量较小。

而且，全站仪可以通过反射板等辅助工具进行测量，不需要有直接视线，因此适用于复杂结构的隧道内部。

但是，反射测距法需要计算测量点到基准点的距离，同时考虑误差的影响，对于仪器的使用者来说可能需要一定的计算能力。

总结起来，全站仪进行隧道变形监测的两种方法分别是三维坐标法和反射测距法。

三维坐标法直接获得测点的位移数据，适用于需要详细变形分析的场景。

基于三维激光扫描的建筑物变形监测技术与应用引言：建筑物是人类生活和工作的重要场所，而建筑物的变形可能会导致结构安全性下降、功能损失等问题。

因此，对建筑物的变形进行监测和及时调整是非常重要的。

随着科技的发展，基于三维激光扫描的建筑物变形监测技术应运而生，并在实际应用中取得了一些显著的成果。

1. 三维激光扫描技术概述三维激光扫描技术是一种通过激光测距原理来获取物体几何表面形态的高精度测量方法。

它能够实现对建筑物的全局三维形态进行快速、准确地测量，并生成点云数据。

2. 建筑物变形监测原理基于三维激光扫描的建筑物变形监测是通过对建筑物进行连续的激光扫描，获取不同时间点的建筑物形态点云数据，再通过点云数据的比对分析，得出建筑物的变形信息。

常用的比对方法有成形量比对、单点比对和点云配准等。

3. 建筑物变形监测应用领域3.1 历史建筑保护在历史建筑保护中，基于三维激光扫描的变形监测可以帮助保护者实时监测建筑物的变形情况，对于发现和修复潜在的结构问题起到了重要的作用。

3.2 高层建筑高层建筑的变形往往会引起建筑物的内部应力分布发生变化，可能导致结构的不均匀性。

基于三维激光扫描的变形监测可以帮助工程师及时发现和解决这些问题，确保高层建筑的结构安全。

3.3 地铁隧道地铁隧道由于地下环境的影响，容易发生相对沉降、土压等问题，而这些问题可能会导致隧道的结构偏移和变形。

基于三维激光扫描的变形监测可以实时监测隧道的变形情况，提供数据支持给工程师进行修复和维护。

4. 基于三维激光扫描的建筑物变形监测技术的发展与挑战4.1 技术发展随着传感器技术的不断进步，三维激光扫描的测量精度和速度都得到了大幅提升，使得建筑物变形监测技术更加可靠和实用化。

4.2 数据处理与分析基于三维激光扫描的建筑物变形监测涉及大量的点云数据，对数据的处理与分析是一个重要的挑战。

如何高效地处理和分析大规模的点云数据是值得研究的方向。

4.3 自动化与智能化当前的建筑物变形监测技术还存在着大量的人工操作和分析，因此，如何实现技术的自动化和智能化是一个重要的发展方向。

基于三维激光扫描点云的隧道开挖面可视化识别技术隧道工程是交通基础设施建设的控制性工程,从设计、施工到运营维护,地质结构对于隧道全寿命周期的安全性具有关键性作用。

特别是在隧道工程施工阶段,为了确保施工的合理以及施工人员的安全,需要同步采集隧道开挖面的岩体信息,分析判断地质状况,及时调整施工措施。

因此,利用信息技术及专业知识,实现施工过程中隧道地质结构的超前预报已成为隧道施工的热点技术。

本论文主要研究基于三维激光扫描点云的隧道开挖面可视化识别技术,为隧道开挖面岩体分析与识别提供技术支持。

受隧道施工空间及安全性要求的限制,隧道开挖面岩体信息采集采用三维激光扫描非接触测量技术,不仅可以通过远距离(最远距离6000米)扫描获取隧道的岩体结构面点云数据,而且克服了隧道开挖面非连续性和各向异性的引起的精度(10m内测量精度可达到±2毫米)问题。

本论文主要研究解决了如下关键技术问题:1.使用各向同性缩放方法对三维激光扫描点云数据进行归一化预处理,以及点云数据表面重建后三角网格模型的凸包优化方法研究。

对海量的点云数据进行各向同性缩放的归一化变换,使其形心在原点且各顶点到形心的平均距离为1。

使用Delaunay三角剖分重建得到三角网格模型,并对其凸包进行优化,去除尖锐细长三角,保证三角网格模型尽量均匀平滑。

2.基于结构面近似平面,具有一定规模大小的特点,使用扫描中心点到三角面片的距离进行结构面识别。

扫描找出距离值接近的三角面,将互相连通的三角面片归为一个结构面。

最后将规模较小的结构面剔除,并将结构面中的局部镂空加进其邻居所在结构面中,对其进行填补。

3.结合多种程序开发技术,C++,Qt,OSG,CGAL可视化实现结构面识别。

在Visual Studio 2013平台上以Qt 5.8.0为程序开发环境,使用OSG绘图实现点云、三角网格模型和结构面的三维可视化,以及对它们的缩放和旋转等操作,将结构面识别算法实现。