工程测量技术专业毕业设计论文：基于激光扫描技术的地铁隧道变形监测与分析

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。

基于激光扫描测绘的地铁隧道形变监测方法与技巧随着城市发展的迅速推进，地铁成为了现代交通建设中不可或缺的一部分。

然而，地铁隧道的安全问题一直备受关注。

地铁隧道长期承受着巨大的地质压力，经常会出现形变问题。

为了及时发现和解决这些问题，基于激光扫描测绘的地铁隧道形变监测方法和技巧应运而生。

一、激光扫描测绘的原理和优势激光扫描测绘是一种利用激光仪器对目标进行扫描和测量的技术。

它通过激光器产生一束非常聚焦的激光光束，然后利用传感器接收反射回来的光束，进而计算出目标的三维坐标信息。

相比于传统的测量方法，激光扫描测绘具有以下优势：首先，激光扫描测绘可以实现快速高效的测量。

激光器发射的光束可以在很短的时间内扫描整个隧道，而传感器接收到的光束则能够提供大量的准确数据。

这种高效测量方式为地铁隧道形变监测提供了技术保障。

其次，激光扫描测绘具有高精度的测量能力。

传感器对激光光束的接收和计算能够达到毫米级别的精度，从而能够准确地测量地铁隧道的形变情况。

这对于保障地铁隧道的安全至关重要。

最后，激光扫描测绘还可以生成真实感强的三维模型。

通过激光扫描测绘获取的大量数据可以被用于生成地铁隧道的三维模型。

这种模型不仅可以直观地展示地铁隧道的形变情况，还可以为后续的工程决策提供重要依据。

二、激光扫描测绘在地铁隧道形变监测中的应用1. 形变监测基准的建立在进行地铁隧道形变监测之前，需要先建立一个基准系统。

这个基准系统可以是一个参照物，用来对比地铁隧道的形变情况。

激光扫描测绘可以很好地完成这项任务。

它可以测量地铁隧道及其周围环境的高程和平面位置，并通过生成三维模型的方式建立基准系统。

2. 形变监测数据的采集与分析一旦基准系统建立完毕，激光扫描测绘就可以开始进行形变监测了。

通过定期扫描测量地铁隧道的形状和位移，可以获取到隧道的变形信息。

激光扫描测绘不仅能够提供三维坐标数据，还可以绘制隧道形变的变化趋势图。

同时，结合历史数据和计算模型，可以对形变数据进行深入的分析，预测隧道未来可能出现的问题。

三维激光扫描在地铁隧道变形监测中的应用浅析摘要：三维激光扫描技术应用于地铁监测，不仅可以减轻人员劳动强度，缩短作业时间，而且扫描得到的点云数据经数据处理及建模后可以得到隧道内部的整体变化信息，弥补了传统监测方法的不足，本文主要介绍了三维激光扫描应用于地铁监测的基本思路。

关键词：三维激光扫描隧道收敛变形三维模型随着全世界范围内的城市化进程，城市经济不断的发展，城市区域不断的扩大，城市人口迅速增长。

预计2015年我国城市人口将首次超过农村人口，达到7亿，伴随城市人口增多，机动车数量也迅速攀升，目前全国机动车保有量已超过2亿，大中城市都面临巨大的交通压力。

为缓解交通压力，全国已有25个超大城市或特大城市已经在建设或者在筹备建设自己的轨道交通系统，轨道交通具有运量大、速度快、噪音小、污染少、能耗低等优点，将成为特大城市公共交通的骨干，大中城市的主要公共交通方式。

轨道交通包括了地铁、轻轨、空中轨道列车、有轨电车和磁悬浮列车等。

本文主要论述地铁运营监测的相关内容。

1．引言地铁建设完成之后，由于复杂的地质地理因素，在一定时间内，可能会有线路既有结构的的沉降、弯曲和扭曲变形、开裂，变形缝的扩展和错动，造成结构性能指标的下降。

结构变形严重时，可能会引起结构与道床的剥离、轨道设备几何形位的改变。

地铁隧道收敛变形即指地铁隧道在营运过程中,由于受到地面、周边建筑物负载及土体扰动、隧道周边工程施工及隧道工程结构施工、地铁列车运行振动等,对隧道产生综合影响而造成隧道变形。

对新建线路的运营监测就是为了掌握和了解地铁隧道的平面位移和竖向位移情况，为地铁维护提供有效数据，保证运营安全；将监测数据反馈设计，也能为今后改进地铁设计提供依据。

传统的隧道监测，是设置一定间隔的监测点，通过监测点的变形，来获得隧道的变形数据，这种监测方法，无法达到监测点的全覆盖，可能会遗漏部分变形区域，留下安全隐患。

三维激光扫描仪使测绘从传统的单点采集数据变为密集、连续的自动获取数据，大大地增加了信息量，提高了工作效率和监测质量。

三维激光扫描技术在地铁隧道形变监测的应用研究摘要：三维激光扫描技术可以实现无接触测量，可以适应复杂施工环境下的测量作业，测量精度高，更适应地铁工程的地下作业环境。

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。

提出应用三维激光扫描技术，应对隧道受损区域的检测和修复工作。

首先，阐述了应用快速绝对定位方式进行点云数据采集，其次利用自行开发的隧道点云数据处理软件，进行了隧道断面切割和收敛分析；最后分析了三维激光扫描仪对比全站仪进行隧道形变检测的特点和优势，论证了三维激光扫描技术应用在地铁隧道结构形变检测的可行性。

关键词：三维激光扫描；隧道；形变检测；收敛分析中图分类号：P258 文献标识码：A引言随着激光技术的不断发展，三维激光扫描技术的测量精度不断提高，其在变形监测、工程测量、交通现场勘测、桥梁变形监测、古建筑和文物保护、数字城市等领域的应用不断扩大。

尤其在高精度变形监测领域，三维激光扫描技术可以对被扫描物体进行全方位数据采集，从而进行整体监测，有效弥补了传统变形监测手段的片面性和局限性。

对获取的点云数据进行恰当的处理分析是三维激光扫描技术应用于变形监测的关键步骤，其中切片的提取、不同测站间切片的配准尤为重要。

1三维激光扫描技术的原理三维激光扫描技术（3D Laser Scanning Technol-ogy）是测绘领域一种高精度、立体化、自动化扫描技术，可以高效、准确获取物体表面连续、全面、关联的以及密集的坐标数据信息以及影像信息，是继GPS技术后出现的一种新型测绘手段。

以激光作为介质，通过计算输出激光的反射时间测算单点距离，通过根据激光反射的特定获取被测物体的其他相关信息，同时通过进行多点测量可以获取不同点位的坐标信息、反射率信息等，可以在短时间内获取到被测量物体比较全面的信息，在此基础上构建立体化三维模型。

相较于全站仪或者GPS等技术手段，三维激光扫描技术在数据采集效率方面具有明显优势，而且可以实现多点测量，这样就可以形成一个基于三维数据点的离散三维模型数据场，有效弥补了传统测量手段的片面性以及局限性。

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。

如何使用激光测量技术进行隧道变形监测与分析随着城市化进程的加快，地下隧道的建设也越来越普遍，无论是地铁隧道还是公路隧道，其安全性和稳定性都是至关重要的。

隧道的变形是导致恶劣事件发生的主要原因之一，因此对隧道的变形进行监测与分析具有重要意义。

激光测量技术作为一种高精度、高效率的测量手段，被广泛应用于隧道工程中的变形监测与分析。

激光测量技术利用激光器发射出的激光束在目标物体上反射后返回，通过测量激光束的反射时间来确定目标物体的位置。

在隧道变形监测与分析中，激光测量仪器可以安装在不同位置，通过测量隧道内各处的变形情况来判断隧道结构的稳定性。

激光测量技术不仅可以实时监测隧道的变形情况，还可以提供准确的变形量数据，为工程师提供科学依据。

在隧道施工过程中，往往会面临地质条件复杂、构造繁杂的情况，这时候使用激光测量技术可以快速、精确地获取变形数据，为后续的分析与评估提供可靠的依据。

一种常见的激光测量技术是激光测距仪。

激光测距仪通过测量激光束的时间来确定测量距离，其精度通常在毫米级别。

在隧道变形监测与分析中，激光测距仪可以沿着隧道轴线进行安装，分布在不同断面的测点上。

通过定期测量各个测点的变形情况，可以了解隧道结构的整体变形趋势，从而及时采取相应的应对措施。

除了激光测距仪，激光扫描仪也是一种常用的激光测量技术。

激光扫描仪可以通过发射激光束并扫描周围环境，通过接收激光束的反射信号来生成三维点云数据。

在隧道变形监测与分析中，激光扫描仪可以扫描隧道内壁的表面，获取隧道内部的变形情况。

通过对比不同时间段的点云数据，可以精确地测量隧道的变形量，并进行可视化展示和分析。

在使用激光测量技术进行隧道变形监测与分析时，需要注意以下几个关键点。

首先，要选择适合的测量仪器和测量方法。

不同的隧道结构和变形情况需要选择不同的激光测量技术，以获得准确的数据。

其次，要定期进行测量工作，并建立数据监测系统。

随着时间的推移，隧道的变形情况会发生改变，定期测量可以及时掌握隧道的变形趋势。

基于工程测量技术的地铁隧道变形监测与分析地铁隧道是城市交通建设中重要的基础设施之一。

随着地铁网络的不断扩张，地铁隧道的变形监测和分析变得越来越重要。

工程测量技术是一种有效的手段，可以对隧道的变形进行实时监测和分析，以确保隧道的安全运行。

一、地铁隧道变形监测技术的应用1. 光纤测温技术光纤测温技术是一种基于光纤传感的温度测量技术。

通过将光纤安装在地铁隧道内部，可以实时监测隧道的温度变化，进而获得隧道的变形情况。

2. GPS定位技术GPS定位技术是一种基于卫星定位的技术，可以准确测量地铁隧道的位移变化。

通过将GPS设备安装在隧道内部，可以实时获取隧道的位置信息，进而获得隧道的变形情况。

二、地铁隧道变形监测数据分析1. 数据采集与处理地铁隧道变形监测数据必须进行有效的采集和处理。

首先，需要选取合适的监测点，并安装相应的监测设备。

然后，通过数据采集系统将监测数据实时传输到数据处理中心。

在数据处理中心，可以利用数据处理软件对监测数据进行分析和处理，得出隧道的变形情况。

2. 数据分析方法地铁隧道变形监测数据的分析方法包括传统方法和先进方法。

传统方法包括统计分析、趋势分析和相关性分析等。

先进方法包括人工智能技术、机器学习算法和数据挖掘技术等。

通过这些方法，可以对地铁隧道的变形情况进行准确的分析和预测。

三、地铁隧道变形监测与维护地铁隧道的变形监测与维护是确保地铁隧道安全运行的关键环节。

通过对隧道变形的监测与分析，可以及时发现隧道的变形情况，并采取相应的维护措施。

维护措施包括加固隧道结构、修补隧道裂缝和改善地下水排泄条件等。

通过这些维护措施，可以保证地铁隧道的安全运行，并延长隧道的使用寿命。

四、地铁隧道变形监测技术的发展趋势随着工程测量技术的不断发展，地铁隧道变形监测技术也在不断创新。

未来，随着传感器技术和通信技术的进一步发展，地铁隧道变形监测将实现更高精度和更实时的监测。

同时，随着人工智能和大数据技术的应用，地铁隧道变形监测数据的分析和预测也将更加准确和可靠。