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。

一、引言 地铁隧道变形一般是由于保护区内周边环境变化及地 铁列车运行对隧道产造成的。当收敛变化量超出结构允许 时，要按照不同的变形量采用不同的加固措施。地铁隧道 收敛变化是长期、动态的，而地铁营运期间一般只有 3-4 小时的有效工作时间，传统方法观测速度慢（约 30 分钟 / 圈），人力成本高，很难满足定时、定期、长距离的地铁 隧道收敛测量工作。三维激光扫描技术应用于测绘是近几 年出现的新型技术，主要用于逆向工程与变形监测。外业 数据采集精度可达到毫米级，而处理后的三维模型更优于 这个精度。与全站仪相比，数据采集效率较高，且采样点 数多，并形成三维物体点云模型，不仅可以用于日常定点 监测，还可以实现对被监测物 360°测量。
2. 数据预处理 外 业 数 据 采 集 完 后， 即 时 将 数 据 导 入 scen 或 者 realvorks 中进行拼接处理。拼接时按照布置好的标志球 进行拼接，保证每个球的识别精度小于 1mm，并确保每 站不少于 6 个标志球（精度在 1mm 范围内，前后各 3 个 标志球），如超限此站重新进行测量，扫描数据软件自动 拼接，人工检查标志球的识别和拼接精度，对精度大于 1mm 的标志球重新手动选择和识别 ；数据拼接完后，软 件会行成一个关于球和整体的拼接精度。 将已经拼接合格的数据进行轴线的生成和半径的拟 合，由于施工的工艺及隧道变形，拟合出来的半径只能无 限接近设计值，对差异比较大的数据进行两次分析，在确 认扫描数据正确的情况下，根据已生成的轴线以及设计的 理论半径生成标准圆柱。实际扫描数据与标准圆柱体存在 一定的差异，软件通过不同的颜色（可设定）将差异量形 象的表示出来。 按照收集到的隧道中心线三维坐标及半径，剔除了异 常数据（如螺孔、排风管、消防水管、电线电缆，通讯照明等） 后按照 10 点 / 平方厘米的原则对点云数据进行了抽稀。 3. 三维模型建立 将已经拼接合格的数据导入到 XOR 软件中，进行轴 线的生成和半径的拟合，由于施工的工艺及隧道变形，扫

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。

探究基于激光雷达的隧道变形监测技术探究基于激光雷达的隧道变形监测技术1. 引言隧道是现代城市交通和基础设施建设中不可或缺的一部分。

然而，由于隧道建造和运营中的地质变化、水文波动以及自然灾害等因素，隧道的结构安全和变形监测成为至关重要的问题。

针对这一问题，基于激光雷达的隧道变形监测技术应运而生。

本文将深入探究基于激光雷达的隧道变形监测技术的原理、应用以及优缺点，以帮助读者更全面地了解该技术。

2. 基于激光雷达的隧道变形监测技术原理基于激光雷达的隧道变形监测技术利用激光雷达仪器通过射线扫描和测距原理，对隧道内部和周围的地形进行高精度的三维测量。

具体而言，该技术通过激光束在扫描过程中对地表进行连续扫描，获取地表点云数据，并通过与历史扫描数据的比对，实现对隧道的变形监测和分析。

3. 基于激光雷达的隧道变形监测技术应用3.1 隧道结构监测基于激光雷达的隧道变形监测技术可以实时、高精度地对隧道结构进行监测。

通过与事先测量的基准数据进行对比，可以检测出隧道结构的变形情况，如沉降、位移、裂缝等，为工程师提供及时的数据支持，以保证隧道的安全运营。

3.2 灾害监测隧道常常受到地质灾害的影响，如滑坡、地震等。

基于激光雷达的监测技术可以迅速获取隧道周围地质环境的准确数据，对潜在的灾害风险进行监测和预警。

一旦发生地质灾害，地质变形数据能够提供实时的反馈，帮助相关单位及时采取措施，最大程度地减少损失。

3.3 隧道施工监测在隧道施工过程中，基于激光雷达的变形监测技术可以实时追踪隧道施工的进展，并及时发现施工过程中可能存在的问题和风险，为施工方提供及时的决策支持。

4. 基于激光雷达的隧道变形监测技术的优缺点4.1 优点a) 高精度：基于激光雷达的隧道变形监测技术具有非常高的测量精度，可以实现亚毫米级的变形监测，能够准确捕捉隧道结构的微小变化。

b) 实时性：该技术能够快速获取变形数据并进行实时分析，为科学决策提供可靠依据。

c) 自动化：激光雷达仪器可以自动扫描地面，无需人工干预，提高了监测效率和准确性。

基于三维激光扫描技术的隧道检测技术研究摘要：近年来，三维激光扫描技术在地铁隧道安全检测领域得到了很大的发展。

在隧道开挖过程中，可利用该技术测量超欠挖情况，避免隧道发生塌方事故；在隧道运营过程中，可利用其对隧道进行定期安全检测，以保证地铁安全运行。

相对于传统隧道检测方法，三维激光扫描技术有效地提高了隧道安全检测的工作效率和检测精度，并且节约了大量人力和财力。

截至目前，隧道变形监测领域用到的三维激光扫描系统大多是固定式三维激光扫描系统。

虽然固定式激光扫描系统扫描点云数量和精度都能达到工程变形监测要求，但是由于隧道几何形态呈狭长条状的特点，利用固定式激光扫描系统会造成两测站重叠部分存在大量冗余点，使得后期点云拼接困难。

基于此，本篇文章对基于三维激光扫描技术的隧道检测技术进行研究，以供参考。

关键词：三维激光扫描技术；隧道；检测技术引言近年来，随着城市的不断发展，地铁建设的高速推进。

在隧道建设过程中，地面设施的建设、不同区段地理环境的差异等因素，都会使地铁隧道发生一定程度上的变形，当变形程度超过限定要求时会严重影响隧道的结构安全。

地铁隧道竣工后需要检测其超欠挖是否合理、横断面与设计值的误差量。

地铁隧道距离长、分布区域广，需要在天窗时间测量，因此对测量手段要求较为苛刻。

传统方法通常采用全站仪、断面仪等设备进行特征点位测量。

全站仪采用单点测量，具有较高的精度，但存在测量速度慢、采集的数据量有限等缺点;另外断面仪测量时只能获取一个断面信息，在长距离隧道检测中，作业效率低。

总而言之，传统方法的数据采集量少，工作量较大，工作效率较低，短时间内无法全面反映隧道的变形状况。

三维激光扫描技术近年来发展迅速，受到人们的广泛关注，相比于传统测量方法具有高速度、高效率等特点，在地铁隧道监测领域的应用具有广阔的应用前景。

1三维激光扫描技术的相关概述1.1概念三维激光扫描技术采用的是激光测距的原理实现非接触、快速获取地物目标的三维点云数据和纹理（影像）数据，并对采集到的数据进行处理后进行三维建模，以此可以将复杂环境下的结构数据以三维的形式展示给相关工作人员，为空间信息数据库提供丰富的数据源。

剖析三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用摘要：三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测方面具有明显优势，不仅能够适应复杂作业环境，而且测量数据精度高、作业效率高，能够快速构建三维数据模型，这对地铁工程施工活动具有重要参考价值。

本文主要探究了三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用，并结合具体案例进行了分析。

关键词：三维激光扫描技术；地铁隧道；变形监测引言：三维激光扫描技术和传统的测量手段比较，其具备的优越较大，主要采取激光测距的原理，可自动、连续、快速的获得数据，有着高精度、高效率、高密度及低成本等优点，能将对象整体的结构与形态特性真实扫表达出来，准确、快速创建三维模型，能有效预防因点数据分析而导致的片面性与局部性。

三维激光扫描技术已在工程测量、变形监测、地形测量、勘测交通现场、数字城市、文物和古建筑保护等领域中得到了广泛的应用。

一、三维激光扫描技术三维激光扫描技术是激光扫描仪通过发射高频激光脉冲，测量每个激光脉冲从发出经被测物体表面返回仪器所需的时间差来计算距离S，以仪器中心为坐标原点，同步测量每个激光脉冲横向角度值β及纵向角度观测值α，获得激光采样点的坐标。

图为扫描点位坐标计算原理图与传统的断面检测技术进行比较分析，三维激光扫描检测有以下优势：第一，无接触地完成数据的测量工作，高速的完成物体表面三维信息数据的收集和整理，也便于对于一些自然环境相对较为复杂，人工难以测量的位置进行测绘。

第二，测量的实际效率相对较高，激光点云采样的密度高，测点本身的数据信息相对较为丰富，能够完成传统测量手段无法媲美的高精度数字化数据收集工作。

整个测量系统运作的实际速度较快，能够一次性实现高精度的收集百万/秒以上的点位信息。

第三，工作中劳动强度相对较低，能够有效地降低数据收集、分析等过程中的劳动强度，实现了数据信息的自动化收集处理，避免了传统测量结果因人为因素的影响而导致最终结果的真实性偏差。

二、三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用1、制定监测方案制定科学的检测方案，是实施三维激光扫描技术监测的第一步。

基于激光扫描技术的三维建筑物变形监测与分析摘要：本文探讨了激光扫描技术在三维建筑物变形监测和分析中的应用。

首先介绍了激光扫描技术的原理和特点，然后详细阐述了基于激光扫描技术的三维建筑物变形监测方法和数据处理流程。

最后，结合实际案例，展示了激光扫描技术在建筑物变形监测中的优势和应用效果。

关键词：激光扫描技术，三维建筑物，变形监测，数据处理，应用效果在现代城市建设和工程施工中，建筑物的稳定性和安全性是至关重要的。

然而，由于自然因素、人为因素以及长期使用等原因，建筑物的变形问题可能会引发严重的安全隐患。

因此，建筑物变形监测与分析成为了保障城市建筑物安全的重要任务之一。

本文旨在通过对激光扫描技术在三维建筑物变形监测与分析中的应用研究，探讨该技术的优势、局限性以及未来的发展方向，以期为建筑物变形监测与分析提供新的思路和方法。

一、激光扫描技术的原理和特点激光扫描技术利用激光器发射出的激光束对目标物体进行扫描和测量。

其原理基于激光束的反射和回波时间的测量，从而获取目标物体的三维几何信息。

激光扫描系统通常由激光器、扫描装置和接收器组成。

激光器产生一束高能量、窄束径的激光束，经由扫描装置进行水平和垂直的扫描。

激光束照射到目标物体上，一部分激光被目标物体反射回来，称为回波。

激光扫描仪器主要包括激光扫描仪、全站仪、导航系统等。

其中，激光扫描仪是核心设备，它能够发射激光束并接收回波信号。

全站仪用于精确定位和测量点的坐标信息，而导航系统则用于实时定位和姿态的获取，以保证扫描数据的准确性和一致性。

激光扫描数据获取过程包括扫描仪的设置和扫描路径的规划。

在扫描过程中，激光扫描仪会发射激光束并记录回波的时间和强度信息。

通过扫描仪的水平和垂直旋转，可以获取目标物体不同方向上的扫描数据。

获取到的激光扫描数据需要进行后续的处理和分析。

首先，对原始数据进行去噪和滤波操作，以消除环境干扰和仪器误差。

然后，进行点云数据的配准和拼接，将多次扫描的数据进行融合，生成完整的三维模型。

工程测量与监理专业毕业设计论文：隧道变形监测中的测量技术研究技术研究摘要：随着交通工程建设的不断发展，隧道在公路、铁路、水利等各个领域的应用越来越广泛。

然而，隧道工程施工过程中，由于地质条件、施工方法等多种因素的影响，隧道可能会发生变形。

这种变形不仅会影响隧道的使用性能和安全性能，还会对周边环境造成潜在的危害。

因此，对隧道变形进行监测显得尤为重要。

本文主要研究了隧道变形监测中的测量技术，旨在为提高隧道变形监测的准确性和可靠性提供参考。

一、研究背景和意义隧道变形监测是隧道工程施工和管理的重要环节。

通过对隧道变形的监测，可以及时发现和预测隧道结构的异常情况，避免安全事故的发生，同时也可以为隧道工程的设计、施工和管理提供重要的数据支持。

然而，目前隧道变形监测中存在一些问题，如监测数据不准确、监测周期长、数据处理繁琐等，这些问题会影响监测的准确性和可靠性。

因此，研究新的测量技术，提高隧道变形监测的准确性和可靠性，具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、文献综述在国内外相关领域的研究中，隧道变形监测技术已经得到了广泛的研究和应用。

现有的隧道变形监测技术主要包括大地测量、近景摄影测量、三维激光扫描等方法。

其中，大地测量是一种传统的变形监测方法，其原理是基于物理力学的基本原理，通过测量变形体的几何变形来推算其变形量。

近景摄影测量是通过摄影获取变形体的图像信息，然后通过对图像的处理和分析来获取变形体的变形信息。

三维激光扫描是一种新型的测量技术，其原理是通过激光扫描仪对变形体进行扫描，获取其表面的三维坐标信息，然后通过对坐标信息的处理和分析来获取变形体的变形信息。

这些方法各有优缺点，适用于不同的场景和需求。

然而，现有的隧道变形监测技术仍然存在一些问题。

例如，大地测量方法需要大量的测量人员和设备，测量周期长，且难以获取全面的变形信息；近景摄影测量方法需要大量的摄影设备和场地，数据处理复杂，且受天气等因素的影响较大；三维激光扫描方法需要大量的扫描设备和数据处理设备，且难以获取全面的变形信息。

摘要随着我国经济的快速发展，隧道建设规模己位居世界前列。

但是在建设或运营维护阶段使用传统的全站仪等测量工具不能准确监测隧道断面整体变形，观测需要较长的时间，劳动强度高。

为了安全、有效、便捷地对隧道进行变形监测，以及解决隧道断面数据采集困难的问题，本文提出了一种基于三维激光扫描技术的隧道连续断面提取及变形监测方法，该方法分为以下四个步骤：扫描计划及数据采集、点云数据拼接、局部中轴线拟合、连续断面提取及变形监测。

首先通过模拟隧道扫描制订隧道扫描计划，获取隧道点云数据，并对获取数据进行全局拼接；然后利用三维不变矩的方法提取隧道局部中轴线；依据中轴线调整局部隧道姿态，使隧道中轴线与提取参考方向一致，沿参考方向提取断面，对提取的断面采用二阶矩的方法获取断面椭圆特征，连续断面的椭圆特征可用于分析隧道的收敛性；最后采用MDP最小距离投影算法分析隧道的断面及三维变形，确定收敛或扩张区域以及变形量。

针对本文所提方法，根据扫描计划，使用莱卡C10三维激光扫描仪选取中分辨率，以8.14m的间距扫描某隧道，提取不同时期的隧道区段中轴线，然后沿中轴线方向连续提取隧道断面，通过实验本文断面提取的点精度在3mm以内，并通过连续椭圆特征得到了某区段的收敛性特征。

然后基于MDP对提取的断面进行断面变形分析，实验证明该方法能够判断出断面的收敛或扩张及得到其断面点的变形量，且高分辨率的点云断面的变形信息精度更高。

最后基于MDP对三维隧道曲面进行变形分析，得到了隧道区段的收敛和扩张区域，及其曲面上点的变形量。

实验结果表明，本文所提出的方法在数据采集和断面提取方面均能达到工程应用的精度要求，能够快速准确的提取出隧道的形变信息；同时，对比于传统的数据采集方式，三维激光扫描技术在数据量、数据采集速度和人力要求等方面都具有比较明显的优势。

关键词：三维激光技术、不变矩、隧道断面提取、变形分析、最小距离投影AbstractWith the development of China's economy rapidly, the tunnel construction scale has led the world. But in the tunnel construction or operational phase, using conventional total station and other measuring tools can not accurately monitor overall deformation of tunnel section. On the one hand it takes a long time for observation, On the other hand it requires a high labor intensity. In order to monitor tunnel deformation safely, effectively and easily, and solve the problem about the tunnel cross section data which is hard to collect , this paper presents a method to extract a continuous section of tunnel based on 3D laser scanning technology and monitoring deformation, this method can be divided into the following four steps: The scanning plan and data collection, the stitching of the points cloud, the local axis fitting, the continuous section extraction and the monitoring deformation. At first , formulate program of scanning tunnel by simulating to scan tunnel, get tunnel point cloud data and complete point cloud data global registration; Then using invariant moments of three-dimensional method to extract tunnel axis; On the basis of tunnel center axis, adjust local tunnel posture, and make the direction of tunnel axis and extracted reference same. Extracting section along the reference direction, then use the second-order method to get the oval section features, Continuous section elliptical characteristics can be used to analyze the convergence of the tunnel; Finally, using the MDP minimum distance projection algorithm analyzes the cross section of the tunnel and the three-dimensional deformation, and determine the convergence or expansion area, and the deformation.In view of the proposed method in this paper, according to the scanning program, using a leica C10 3D laser scanner which the resolution is selected, scanning the tunnel with the distance of 8.14m, and extracting tunnel section axis at different times, then extract tunnel section continuously, in this paper, through the experiment of extraction of point accuracy within 3 mm, and get a section of the convergence characteristics through continuous elliptical. Then, based on the MDP, the analysis of the section deformation is done, experiments show that the method can determine the convergence or the expansion and get the amount of deformation of their section points , furthermore because of the high resolutionin the cross section of the point cloud information, the accuracy of the deformation information is higher. At last, based on MDP, the deformation of 3D tunnel surface is analyzed, and the convergence and expansion region of tunnel section is obtained, and the deformation of its surface is obtained. The experimental results show that the presented method in the aspect of collecting date and extracting tunnel section can meet the precision of the engineering application requirements, can accurately extract the deformation information of the tunnel quickly; At the same time, compared with the traditional way of getting data, 3D laser scanning technology has obvious advantages in number according to the quantity, the speed of data acquisition and manpower requirements.Key words：3D laser technology、invariant moment、tunnel cross-section extraction、deformation analysis、minimum distance projection目录摘要 (i)Abstract (ii)第一章绪论 (1)1.1选题背景 (1)1.2 研究意义 (2)1.3 国内外研究现状 (3)1.3.1 隧道变形分析国内外研究现状 (3)1.3.2三维激光应用于变形监测及隧道监测国内外研究现状 (3)1.3.3 目前存在的问题 (5)1.4 论文的主要研究内容 (5)第二章隧道扫描计划 (8)2.1 三维激光技术的原理 (8)2.2 圆形隧道模拟扫描原理 (9)2.3 影响隧道测量精度的因素 (10)2.4 隧道扫描计划 (12)2.4.1最佳扫描间距 (13)2.4.2最佳分辨率范围 (14)2.4.3隧道扫描时间 (15)2.4.4隧道模拟扫描 (16)2.5 点云拼接方法及算法 (18)2.5.1点云拼接方法 (18)2.5.2典型的拼接算法 (18)2.6 隧道点云拼接方案 (19)2.6.1 传统的标靶设置 (19)2.6.2 全局标靶设置 (20)2.7本章小结 (21)第三章基于三维不变矩理论和Radon变换的连续断面提取 (22)3.1 不变矩 (22)3.1.1 图像不变矩 (22)3.1.2 三维不变矩 (24)3.2 Radon变换 (24)3.2.1 图像Radon变换 (24)3.2.2 3D Radon变换 (26)3.2隧道中轴线提取 (27)3.2.1 提取隧道中轴线意义 (27)3.2.2 现有中轴线提取方法 (27)3.2.3 基于三维不变矩的隧道局部中轴线提取 (28)3.3 隧道断面提取 (30)3.3.1 隧道连续断面提取 (30)3.3.2 断面线拟合 (32)3.4 基于二阶矩的二维断面椭圆特征 (35)3.5 本章小结 (38)第四章隧道变形监测 (39)4.1 隧道形变介绍 (39)4.2 基于MDP二维断面的局部变形监测 (39)4.2.1 基于MDP二维断面的局部变形监测 (39)4.2.2 二维断面MDP变形信号准确性 (40)4.3 基于MDP三维隧道曲面的局部变形监测 (42)4.3.1 基于MDP三维隧道曲面的局部变形监测 (42)4.3.2 三维曲面MDP变形信号准确性 (44)4.4 区段收敛分析 (45)4.4.1 隧道收敛趋势 (45)4.4.2 位移监测和沉降监测 (45)4.5 本章小结 (45)第五章实验与分析 (47)5.1 本文待监测隧道扫描计划 (47)5.2 数据采集及拼接 (47)5.3 中轴线提取 (49)5.4 断面提取 (52)5.4.1 连续断面提取 (52)5.4.2 断面提取精度分析 (54)5.4.3 断面线拟合 (55)5.4.3 断面椭圆特征 (56)5.5 局部变形分析 (56)5.5.1 基于MDP二维断面的局部变形分析 (56)5.5.2 基于MDP三维曲面的局部变形分析 (62)5.6 区域收敛分析 (64)5.6.1 区段收敛性分析 (64)5.6.2 位移及沉降 (65)第六章总结与展望 (68)6.1 研究工作总结 (68)6.2 主要贡献及创新 (68)6.3 进一步工作及展望 (69)参考文献 (70)攻读学位期间取得的研究成果 (76)致谢 (77)第一章绪论第一章绪论1.1选题背景随着我国经济的快速发展，隧道建设规模己位居世界前列。

基于地面三维激光扫描技术的隧道全断面变形测量方法摘要：隧道工程施工中，依据地面三维激光扫描的实际操作，可以实现对断面变形状态的全面测量分析，确定三维测试的标准，明确测试参数的数据标准，有效的提高设计测试模式的准确应用。

地面三维激光测试技术按照有效的激光测距标准，通过获取测试点三维坐标模式，调整测量的技术效果，依据传统的测量技术水平，调整局限标准，从中获取有效的隧道变形信息内容，调整整体全面的操作应用。

关键词：三维激光扫描；隧道；变形测量依据地面隧道的变形测量标准，准确的分析隧道三维建模的实际核心算法过程，依据变形标准进行数据分析，调整扫描仪隧道变形的精度，做对比试验分析，通过准确的应用实现多空间的隧道技术分配，调整整体三维激光隧道的整体测量模式操作，实现准确的全站仪测定。

1 地面三维激光技术概况分析1.1三维激光技术的扫描数据分析利用激光测距模式，通过测定物体表面的密集点水平，确定三维坐标、反射率、纹理信息等内容，通过反复的测定目标三维值，确定点、线、面等体态数据的图像标准形式。

通过三维激光扫描信息调整，及时处理密集目标对象的数据点，对传统的单点测量分析标准进行转变，实现点到面的数据电测定。

三维数据测定过程中，通过数据测量点的变革分析，调整数据采集的硬件和软件部分，结合不同的载体，调整三维激光数据的机载、车载、手持等类型。

按照测量工件的尺寸标准，分析具体的工作原理，明确实际逆向工作、负载曲面抄送、工件测量模式的三维实体分析。

在没有技术文档数据分配的情况下，需要实施对测量物体的轮廓判断，调整数据的结合，通过建模、构建、编程、修订等模式，确定实际输出格式下的数字化模型标准。

三维激光扫描技术的关键点是调整点云、建模、空间扫描等过程。

通过空间点扫描规则分析标准，确定实际扫描的目标与距离值，偏差范围等，做好数据的采样大小分析。

对不同的采样距离，需要实施不同的对象分配，确定远距离下的目标测定，实现近距离的精准测量分析。