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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隧道断面检测中的应用摘要：迄今为止，无论从建设规模还是施工难度考察，中国已然成为世界范围内隧道建设最为发达的国家之一。
在隧道的运营过程中，隧道断面的检测是重中之重。
基于此，文章通过某隧道项目的实例分析，探究了其在隧道断面检测中的应用，通过对三维激光扫描精度进行分析，发现相比较全站仪的测量结果，两者差值在可控范围内。
同时，三维扫描影像图可作为分析隧道侧壁渗水、结构裂缝、超挖欠挖等现象的有力依据，为隧道施工提供参考并改善合理的施工措施，使得隧道施工更趋科学和安全。
关键词：隧道；信息化；断面检测；三维激光扫描1.三维激光扫描技术由于三维激光扫描技术能够快速获得全面、海量的原始点云数据，从而完整高精度地重建被测实体，因此被称为是一种“实景复制技术”。
三维激光扫描的工作原理是基于长距离的镭射扫描，其通过激光发射器发射一束集束激光信号，内部系统测量光束从接触被测物表面到返回的时间。
扫描仪通过两个镜子计算光束的水平、垂直角度，得到精确的X、Y、Z轴距，于是该点就被3D软件记录下来。
依托扫描仪每秒有几万甚至几十万个点的测量效率，对于被测物体来说，整个测量过程只需几分钟便能完成。
整个测量系统运行速度很高，能够一次性高精度、高像素地收集上百万个点。
三维激光扫描仪扫描获取的点云数据都包含色彩、坐标及物体反射率的信息，采集的坐标系统为测量仪器坐标系，与全站仪系统类似，其主要有测距、测角和辅助系统组成。
当三维激光扫描仪测得测站与目标点的距离为S时，每个激光脉冲包括了两个角度观测值，即横向角度观测值α与纵向角度观测值β，三维激光扫描仪内部的控制编码器会同时扫测这两个角度值。
在使用三维激光扫描仪进行现场测量时，在横向扫描面内是X轴，也在横向扫描面内，但与X轴垂直的是Y轴，垂直于横向扫描面的是Z轴，见图1。
根据下式获得的坐标:图1扫描点坐标计算原理图与传统断面检测技术相比，三维激光扫描测量具有以下优势：无接触测量：采用非接触扫描的方式，无需接触被测实体表面，快速采集物体表面三维信息，便于对自然环境复杂、难以人工架设仪器的目标进行测绘；测量效率高：激光点云采样密度高，测点信息丰富，具备传统测量手段无法比拟的高精度数字化数据采集；劳动强度低：极大地降低数据采集工作的劳动强度，实现了数据的自动化采集。
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公路隧道测量中的应用摘要：三维激光扫描技术突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。
针对地下溶腔等地形，传统测量手段均无法完整准确地获取溶腔的位置信息，同时由于地下没有GNSS信号，所以无人机、RTK等测量手段也无法获取地下地形，而采用全站仪测量，工程进度较慢，且测量点数较小，无法真实反应整个溶腔形态。
因此采用背包式激光扫描仪，对在高速公路隧道段出现的溶腔进行三维激光扫描，得到溶腔整体三维激光点云。
基于此，本文章对三维激光扫描技术在公路隧道测量中的应用进行探讨，以供相关从业人员参考。
关键词：三维激光扫描技术；公路隧道测量；应用引言三维激光扫描技术在实践应用中，具有较强的操作性，能够获得较为精准的测量数据，为工程建设需求提供满足。
该技术在实践应用中，主要就是利用全自动高精度扫描，构建三维坐标，进而还原出三维真实场景，提高了工程测量精准性，对强化工程测量工作水平具有重要作用。
一、三维激光扫描技术三维激光扫描仪的发射信号是一束集束的激光信号，当激光与物体表面接触时，会发生反射现象。
由三维激光扫描技术的原理可知扫描获取的点都带有三维坐标、物体反射率和色彩，与全站仪测量原理基本类似，是由测角、激光测距和辅助系统组成的。
获取点云的坐标系是扫描仪自身的仪器坐标系。
扫描仪的中心位置定义为坐标原点，Z轴垂直于仪器的横向扫描面竖直向上，X、Y轴在坐标系的水平面上，Y轴常是扫描仪的激光发射方向，X轴垂直于YOZ平面向右，构成了右手直角坐标系。
二、三维激光扫描技术的特点1.高效率和高精度：三维激光扫描系统的地面测量可以有效地工作和快速访问被测形状表面的大量点数据，以获得更高的点云扫描数据密度。
在扫描过程中，操作员可以使用软件设置扫描间隔。
在这种情况下，扫掠间隔越短，扫掠曲面所需的时间越长。
扫描仪本身的测量精度决定精度上限。
2.非接触式：三维激光系统扫描地面而不接触被扫描的物体。
这一优势使避免危险区域和保证人身安全成为可能。
三维激光扫描技术在隧道工程领域的应用综述摘要：近年来，随着一大批铁路及地铁陆续开通，运营铁路、地铁、公路隧道巡检市场处于蓬勃发展时期，市场急剧增大，目前依托人工在天窗期进行巡检的方式难以适应市场对高效巡检的要求，如何创新隧道巡检方法，实现高效、准确对运营隧道巡检成为亟待研究解决的问题。
近年来，三维激光扫描测量技术因其在空间信息获取方面具有非接触测量、高精度、高分辨率、信息丰富等诸多优势而崭露头角。
本文研究了三维激光扫描技术在国内外的发展里程，给出了存在问题分析和进一步研究的建议。
关键字：三维激光扫描，隧道巡检，非接触测量1前言三维激光扫描技术又称“实景复制技术”，它通过激光扫描测量方法快速获取被测对象表面的三维坐标数据及其他关键信息。
并集成惯性导航单元（IMU）、DMI组合定位定姿系统、3D激光扫描仪、多传感器同步控制单元、嵌入式计算机、电源供电系统等设备，组建轨道交通测量平台，在同步控制单元的协调下使各个传感器之间实现时空同步，快速采集轨道交通隧道的全断面时空数据。
三维激光扫描技术是一种以激光测距方式快速获取被测物体表面三维坐标及激光反射强度的测量技术，具有非接触测量、高精度、高分辨率、信息丰富等特点。
该技术所采集的高密度点云数据可直观反映物体的集合尺寸、物体表面结构的空间位置关系以及激光反射强度信息，通过CCD传感器还可以获取物体表面的色彩信息，这就为综合性检测提供了可能。
该技术不受光线条件限制，已广泛应用于工程测量、地形测绘、文物修复、逆向三维重建等领域。
2三维激光扫描技术在隧道工程领域的国外发展现状C Mair等成功地将数字摄影技术引入到隧道变形监测领域，检测系统可实现1:20的隧道断面成像后来随着激光扫描技术的快速发展。
2002年，瑞士AMBERG公司生产了GRP 3000轨道检测系统，用于轨道几何尺寸测量和限界评估，实现了快捷的轨道交通检测。
同年，Geraldine S.Cheok等从入射角、目标物颜色和测量距离方面分析了影响三维激光扫描精度的因素。
三维激光扫描技术在隧道监控量测中的应用摘要：本文主要介绍了三维激光扫描技术在隧道监控量测中的应用，包括其原理、技术特点以及在隧道监控中的应用。
通过对比传统的监测方法，阐述了三维激光扫描技术的优势。
最后，分析了三维激光扫描技术在隧道建设中的局限性，并对其未来的发展趋势进行了展望。
关键词：三维激光扫描技术；隧道监控；量测；应用。
一、引言随着城市化进程的不断推进，隧道建设逐渐成为城市交通建设的重要组成部分。
隧道建设涉及到多个领域，其中隧道监测量测是保证隧道运营安全、保养维护的关键之一。
传统的监测技术不仅测量精度低，而且数据处理速度较慢，不利于实时监测与预警。
相比之下，三维激光扫描技术作为一种新兴的监测技术，其高效、高精度的特点正逐渐受到关注。
二、三维激光扫描技术原理及特点三维激光扫描技术是一种快速、无损的曲面采集和几何数据获取技术。
其主要原理是利用光纤激光雷达扫描物体表面，然后对激光散射返回的光线进行处理，得到物体各个点的三维坐标信息，从而重构出物体表面的三维模型。
三维激光扫描技术具有如下特点：1.非接触式测量：传统的监测技术需要接触物体表面进行测量，而三维激光扫描技术可以在不接触物体表面的情况下完成对物体的测量。
2.全面测量：三维激光扫描技术可以快速地对物体表面进行全面扫描，避免了传统测量方法中遗漏或漏测的情况。
3.高精度测量：由于三维激光扫描技术可以快速地得到物体的三维坐标信息，因此可以获得极高的测量精度。
4.快速处理：三维激光扫描技术所得到的数据可以快速地进行处理和分析，能够实现实时监测。
三、三维激光扫描技术在隧道监控量测中的应用在隧道监控量测方面，三维激光扫描技术具有以下应用价值：1.隧道断面的测量：隧道的断面尺寸是隧道工程设计和运营安全的重要参数之一，三维激光扫描技术可以快速地测量隧道断面的尺寸、形状以及相应距离等参数，确保隧道的设计符合规范，同时监测隧道运营期间断面变化等情况。
2.隧道内部结构的变化监测：由于地层和地质条件的多样性，隧道在运营过程中可能面临各种变化，如地震、地下水位变化等，三维激光扫描技术可以快速地监测隧道内部结构的变化。
三维激光扫描技术在隧道工程中的应用分析辽宁省大连市116113摘要：铁隧道工程测量，常采用全站仪、水准仪等传统测量方法，由于环境差、光线昏暗，严重影响了测量效率和精度，且存在安全隐患。
相比于激光隧道断面仪、隧道限界检测车、摄影测量，三维激光扫描仪能够适应地铁环境，且应用面更广。
三维激光扫描技术具有“形测量”特点，可在阴暗潮湿的环境下自动扫描，无需人工对中、瞄准、跑尺，可快速获得以点云形式表达的空间三维面数据。
近些年大量实验证明了激光扫描在地铁测量的优势，外业作业自动化，使得隧道工程测量的效率得到了较大提升。
基于此，本篇文章对三维激光扫描技术在隧道工程中的应用分析进行研究，以供参考。
关键词:隧道工程；三维激光扫描；监测技术引言三维激光扫描又被称为实景复制技术，在测绘领域是继ＧＰＳ之后又一次技术革命。
三维激光扫描与传统测量方法相比，具有操作简便、自动化程度高、工作效率高、精度高、非接触式等一系列优点。
目前，三维激光扫描技术已经广泛应用于地形测绘、地下工程、高层建筑变形监测、矿山测量、古建筑物测量等领域。
基于三维激光扫描仪获取路面点云数据提取到的道路倾斜、曲率等变形信息与实测水准数据吻合，验证了三维激光扫描技术道路沉陷监测上的可行性。
利用移动式三维扫描以推行扫描方式获取狭长隧道结构点云数据，实现隧道结构变化监测和隧道变化精准监测。
三维激光扫描技术可以对隧道进行状态调查，调查结果可以为后期隧道病害修复提供科学准确的测量数据，具有十分重要的科研价值和现实意义。
１盾构隧道横断面提取原理任意一个里程坐标系下，通过平面法向量截取盾构隧道的平面，并提取任意里程、不同环数的横断面，通过圆柱体与平面相交的空间关系可以发现：①若该平面与圆柱体截交线的点云数据为圆形，则该平面与隧道点云垂直，直接合理设置点到平面的距离并截取任意里程下的隧道点云横断面即可提取隧道横断面；②若该平面与圆柱体截交线的点云数据为非圆形，由Ｄａｎｄｅｌｉｎ双球定理与切线长定理可判断该截交线的点云数据为椭圆形，通过椭圆定理可反推出平面法向量与坐标轴夹角，平移、旋转横断面点云数据即可提取隧道横断面。
城市工程108产 城三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用李志静摘要：随着我国当前城市化进程的不断加快，地铁建设的数量和规模在不断地扩大，为了给人们出行保驾护航，加强地铁隧道的变形监测是非常重要的。
在我国科学技术发展的进程中，三维激光扫描就是在地铁隧道变形监测中发挥了应有的价值和效果，能够最大程度的保证地铁施工和运营的安全，在实际工作中需要加强对三维激光扫描技术了解以及认识，从而使得地铁隧道变形监测能够具备准确性和科学性的特征。
关键词：三维激光扫描；地铁隧道；变形监测在地铁隧道变形监测中，需要认识到在维护地铁安全和稳定运营的重要影响作用，在以往地铁隧道变形监测工作中，需要有多名人员及共同的配合，整个测量点较多数据测量较大，不仅浪费了大量的时间，还使得最终的监测效果无法有效提高，因此在实际工作中需要充分地发挥三维激光扫描技术的优势和作用，对实际工作起到重要的支撑作用，改变存在以往地铁运行监测中的问题以及困扰，展现三维激光扫描技术的优越性。
1 地铁隧道云数据的组织和处理在地铁隧道变形监测中，运用三维激光扫描技术之前，需要做好地铁隧道云数据的组织和处理，从而为后续工作奠定坚实的基础。
地铁隧道变形中的点云数据拼接在地铁隧道重要拼接成若干个拼接点，从而形成共同的主体实现与数据的共同控制，从而提升实际控制效果控制水平。
从整体上看，地铁隧道与数据的组织和处理要点主要分为以下几个方面：1.1 云数据的组织管理在进行云数据组织管理工作中，可以运用点云处理软件来进行有效的浏览以及输出，为了加强对地铁隧道变形监测的力度，需要提前做好隧道点云数据的组织管理，要以地铁隧道为主要的中轴线，按照层次性的分区思路进行隧道点云数据的搜集，在取中轴线时需要将地点隧道点进行投影扫描到坐标中内，之后要进行点云数据的变换，与中轴线的方向保持一致。
另外还需要按照一定的间隔，科学有序的分割云数据，形成等间隔的区域，获取最大和最小的点云数据。
