三维激光扫描技术在隧道变形与断面检测中的应用研究

传统的隧道变形监测手段主要是对部分点和断面的数据进行提取,存在工作量大、效率低、数据少等缺点。三维激光扫描技术可集成隧道安全与质量信息,一次扫描即可准确建立隧道三维矢量模型,精确得到隧道的整体变形和轮廓信息。以桐庐隧道为依托,研究三维激光扫描技术在山岭隧道变形监测中的应用,得到以下结论:当激光扫描入射角大于60°时,扫描误差急剧增大,可根据入射角及隧道内径确定最大测站间距;为降低隧道累计拼接误差导致的模型整体偏移,应采用首尾控制点双控技术;采用单点面域分析法,可提升监测数据的可靠性;采用点云及模型套接技术,可快速实现对隧道三维变形、支护侵限、二次衬砌厚度的评估,大大提升隧道数据采集与分析的效率。     

一种真圆型隧道激光扫描断面变形检测新方法的研究

本文介绍了一种基于高密度三维激光扫描仪的高精度快速全断面变形检测新方法——Tunnelscan隧道扫描测量系统,该系统采用扫描仪绝对定位法进行点云配准和隧道控制坐标系坐标传递,使用与断面点距离最小的最小二乘法进行隧道实测断面中心点计算和基于与参考断面的断面差环状过滤器进行隧道点云切片杂点过滤,通过多次过滤、拟合迭代后获得去噪后的真圆管环实测断面。该系统还通过参考断面轮廓线投影法将三维点云投影成激光雷达隧道正射影像,为实现隧道结构安全"全面检测"提供了一种全新用户成果类型,用于全面分析隧道断面变形、结构侵界和裂缝渗水等隧道病害。采用该方法在昆明地铁3号线马眠区间做了一段竣工测量实地测试,经过总体分析后,再按图索骥去找断面变形量较大里程的断面图可谓是事半功倍,非常适合地铁隧道变形检测大数据量的批量化分析,而且成果查看比直接在三维点云或者三维模型上分析更加直观,没有视角遮挡问题。     

地面三维激光扫描技术用于公路工程测量的试验研究

通过现场对比测试,研究分析了地面三维激光扫描技术用于公路工程测量的精度及其影响因素,探讨了地面三维激光扫描技术用于公路工程测量的可行性.试验研究表明:采用地面三维激光扫描系统生成的DTM平面精度优于高程精度,平面和高程精度基本满足公路工程精密地形图测量、纵断面测量以及横断面测量的要求.影响地面激光扫描系统测量精度的主要因素为点云控制点的精度,包括点云控制点的测量精度、测量时标志的对点精度以及点云控制点的大小,要提高地面激光扫描系统测量精度,应特别注意点云控制点精度的提高.     

大跨度桥梁变形三维激光扫描结果与有限元模拟对比分析

传统的桥梁变形监测方法只能把握数个独立点的观测形变数据,不能全面控制大跨度桥梁各部分的变形数据。现提出将车载三维激光扫描技术用于桥面几何形态数据采集的方法,将其应用于结构物的三维重建工作中,直接对结构物表面进行三维测量,采用三维阵列点云的方式来生成结构物表面的三维形态并记录点位坐标,打破了传统的桥梁变形监测方法仅有数个独立点的局限性,扩大了桥面变形监测范围,提高了结构物的观测精度,并能快速、完整地进行量测。采用有限元分析软件MIDAS CIVIL对该特大桥主桥进行建模,得到各温差下结构的理论变形数据,与车载三维激光扫描得到的实际测量结果进行对比,发现实测值具有较高的精度和可靠性。车载三维激光扫描技术可得到桥梁点-线-面的整体变形监测结果,相较传统的桥面变形监测而言,该方法则侧重结构整体变形特征,并消除了在测量过程中对交通运营的不利性,有较好的工程应用前景。     

隧道施工监测三维激光全断面扫描方法研究

隧道施工过程中的监控量测工作可以为隧道结构稳定和周边环境安全提供有力保障。该文将三维激光扫描技术应用于高速公路隧道施工中的监控量测,通过对隧道初支表面进行扫描,获得了连续的断面数据及指定断面处的拱顶沉降值和周边收敛值,并与传统测量方法的精度和可靠性进行对比。结果表明:该文方法能够进行连续全断面检测,且监测效率高,测量数据可重复使用,具有一定的推广应用价值。     

基于三维激光扫描技术的隧道预留变形量优化研究

目前隧道预留变形量的研究大多依赖于监控量测数据基于点的分析，很难得到隧道断面整体的变化情况。为解决传统监测技术单点监测无法满足隧道预留变形量调整的局限性，提出一种利用三维激光扫描技术基于全断面整体分析优化预留变形量的方法。以新安1号隧道为依托，发现试验段最大变形量7.5 cm小于设计预留变形量15 cm，结合质量保证率针对性地提出阶梯状设置预留变形量的优化方法。最终确定在试验段拱顶区域预留变形量设置为7 cm，其余区域预留变形量设置为5 cm。     

基于图像点云的多维度隧道初期支护大变形监测研究和应用

为获取隧道初期支护全方位的变形信息,解决传统监测方法中单点测量、变形监测点稀疏、无可视化效果、难以发现无监测点区域变形等不足,提出一种基于隧道初期支护计算机视觉图像点云的多维度变形监测方法,可实现隧道初期支护三维整体变形监测分析和二维拱顶沉降、周边收敛、典型截面全断面变形监测分析。应用结果表明:所提方法可全面、直观地获取隧道变形特征,是对传统监测方法的补充和完善,对隧道施工监测具有指导意义。变形监测结果可为研究隧道围岩变形规律和特征提供详实的数据资料。     

基于实测点云数据的隧道分割及形变检测方法

为了解决隧道形变检测准确性低、分析不全面的问题,对隧道三维点云轴线提取、隧道影像生成及分割、隧道点云数据分割和隧道断面形变检测等方面进行研究。对于三维激光扫描仪获取到的隧道原始点云数据,首先基于设计轴线,对RANSAC算法进行改进,来拟合等间距隧道断面圆心,并采用基于最小二乘优化的3次B样条曲线拟合方法,获取隧道实测轴线;其次,通过从点云数据到影像的数据转换方法,生成隧道反射率影像,并进一步利用点云数据几何特征生成几何权重图,应用边界检测提取隧道影像中的边界线;然后,将边界线像素映射至隧道三维点云数据空间,实现隧道点云数据的分割;最后,设计一种精确的隧道断面形变分析方法,分析断面形变。试验表明:本算法可精确分割隧道点云数据,提高隧道断面形变检测的准确度和可靠性。     

三维激光扫描技术在市政道路工程中的应用

在市政道路工程中,传统的地形测量方式工作效率较低,外业测量人员工作强度大。三维激光扫描技术具有扫描速度快、高分辫率、非接触式测量优势,能够快速完整的记录被测物体表面的复杂纹理。将三维激光扫描技术应用于地形测绘可以减轻外业工作量有效提高外业测量的工作效率。结合三维激光扫描系统的组成和工作原理,优化点云数据的处理过程和方法,研究了三维激光扫描技术在市政道路工程测量应用中的技术特性,并结合工程案例析了实现过程和效果。研究表明,利用激光三维扫描技术获取的空间点云数据,可以快速生成满足工程设计所需要的地形图,以及纵横断面等产品,能有效提高外业测量工作效率。     

三维无尺变形测量在隧道监控量测中的应用

监控量测在隧道新奥法施工过程中占有重要的位置,三维无尺变形测量在施工过程能有效提高隧道变形测量的精度,有效反应围岩变化情况,对指导隧道施工,降低安全事故的发生起到重要作用。     

基于图像点云空间测距算法的隧道初期支护整体变形监测技术研究与应用

为快速、准确获取施工隧道初期支护整体及局部变形信息,基于计算机视觉算法获取的隧道初期支护图像稀疏点云和密集点云数据,结合基于Hausdorff 距离的整体模型和基于最小二乘拟合平面的局部模型各自的特点,提出将两者相结合的图像点云空间测距算法。该方法可为每个点保留整体模型和局部模型分别计算的距离值中的较小值,解决前者对点云密度要求高以及后者局部拟合平面存在较大偏差问题,实现多期隧道图像点云直接比较分析,简化计算步骤和后处理过程,提高隧道初期支护变形监测速率和精度。通过对云南香丽高速公路白岩子隧道进口左线ZK61+990~ +994 段初期支护整体变形的监测分析,结果表明: 该技术能直观、可视化反映隧道初期支护整体变形情况,计算结果准确、可靠。     

黄岛50万m3地下液化石油气水封洞库库容测量

地下水封液化石油气(LPG)洞库建成验收后,要对洞罐的容积进行测量。为了测量结构复杂的黄岛50万m3LPG地下水封洞库的库容容积,首先,确定测量模型,把组成洞库的单个洞室或巷道定义为特殊尺寸的隧道并作为测量单元,分析断面测量过程中影响库容容积精度的因素;其次,探讨高精度自动测量Ⅰ级全站仪、隧道断面测量系统和三维实体建模软件的组合应用,根据采集的断面点集数据,通过人工计算和建模自动计算的相互验证,并与第三方成果对比分析;最后,创建洞库三维模型,水平剖切得到规定要求的一定深度容积计量表、切片图和洞库三维模型切片储量报告。结果表明： 采用断面法测量洞库库容是一种比较可行的测量方法,易操作,能保证精度要求。     

软岩隧道三维扫描变形监测技术的试验研究

为解决传统监测技术单点监测无法满足软岩隧道整体性变形监测的局限性，采用三维激光扫描技术进行软岩隧道整体性变形监测试验，从隧道结构的变形时间、变形空间分布及变形量进行整体分析。首先建立全站仪和三维激光扫描仪测量误差模型，分析三维扫描监测技术与传统隧道监测技术的特点，通过平面标靶和棱镜靶球精度试验得出平面标靶最佳入射角范围小于60°，棱镜靶球自动提取距离不大于45 m，作为测站设置和控制点布设的依据； 然后以渭武高速木寨岭隧道2号斜井工程为依托，开展软岩隧道三维扫描变形监测技术的试验研究。研究结果表明： 中台阶开挖支护前已发生较大变形，最大变形位置为左侧上台阶与中台阶交界处，空间分布呈左大右小，试验段最大累计变形达0.48 m，下台阶及时封闭成环及2层初期支护有利于变形控制。     

三维激光扫描技术与数码影像地质编录系统隧道围岩信息采集应用对比研究

通过现场试验,将三维激光扫描技术与数码摄影地质编录进行应用对比,了解三维激光扫描技术在隧道掌子面及边墙地质信息提取的应用效果,根据现场实际需求情况,将两者优势进行集成,为开发新型隧道地质编录系统开拓思路.试验证明:利用现有三维激光扫描软件系统,实现如地质产状等信息的自动提取还有一定距离,但经过后期软件开发,利用激光回波强度分析、点云数据处理等,三维激光扫描技术具有产状自动识别、岩层厚度计算、掌子面前方产状预测等潜在优势.现有数码摄影地质编录系统也无法进行编录要素自动提取,但现场边墙编录效果好于三维激光扫描技术.     

三维激光扫描技术与数码影像地质编录系统隧道围岩信息采集应用对比研究

通过现场试验,将三维激光扫描技术与数码摄影地质编录进行应用对比,了解三维激光扫描技术在隧道掌子面及边墙地质信息提取的应用效果,根据现场实际需求情况,将两者优势进行集成,为开发新型隧道地质编录系统开拓思路。试验证明： 利用现有三维激光扫描软件系统,实现如地质产状等信息的自动提取还有一定距离,但经过后期软件开发,利用激光回波强度分析、点云数据处理等,三维激光扫描技术具有产状自动识别、岩层厚度计算、掌子面前方产状预测等潜在优势。现有数码摄影地质编录系统也无法进行编录要素自动提取,但现场边墙编录效果好于三维激光扫描技术。     

车载激光扫描与无人机摄影测量协同的公路改扩建勘察设计方法

目前公路改扩建勘察设计项目普遍采用航空摄影测量技术获取各类基础资料,该技术极易受气候条件、起降不便等因素影响,导致工期较长。该文提出了一种结合车载激光扫描与无人机低空摄影测量的公路改扩建勘察设计方法。首先利用车载激光扫描测量技术,快速采集既有道路高精度点云数据;然后利用无人机摄影测量技术获取高分辨率图像,生成数字正射影像DOM和1∶1 000数字线划图DLG;最后利用三维激光点云、DOM、DLG进行融合处理,得到设计所需要的原有道路路面车道标志线、断面、中央分隔带等信息。试验结果表明:该方法可高效生成地形图、地面线等基础资料,并且满足公路改扩建工程定测与施工图设计精度要求,可以有效解决公路改扩建工程高精度信息快速获取难题。     

三维激光扫描技术在危旧桥梁健康监测中的应用研究

针对现有桥梁健康监测手段主观性强、使用限制大、耗时长和经济性低等缺陷,以大邑县虎跳河大桥为试验对象,采用三维激光扫描技术进行危旧桥梁健康监测研究.通过控制测量、靶标布设、数据预处理、拼接优化等过程控制,使得2次扫描采集点云的拼接精度均优于1.5 mm;通过一定宽度的固定面分割点云数据,采用外侧点绘制桥梁的横断面图和桥墩轮廓线,最低点绘制拱肋拱腹线,复原了桥梁缺失的二维图件,并将拱腹线和轮廓线应用于后续的桥梁变形分析;通过点云结合影像数据制作正射影像图,采用边缘增强和雕刻化的图像处理方法增强病害表征,而后进行裂缝、水迹线、缺陷等的识别、测量和变化对比;利用点云数据制作的桥面模型进行垂向变化对比,结果显示桥墩附近沉降较小,在士1.5 mm内,桥台部分沉降较大,部分区域大于土8.0 mm,-3.0～0.0 mm沉降范围占比最大,达72.03％;通过拱腹线不同跨径位置进行垂向位移分析,结果显示平均沉降为5.08 mm;通过定距等分点的桥墩轮廓线位移分析,结果显示平均水平位移为3.56 mm,位移为0.02～6.24 mm的区间总占比达89.95％;通过桥墩轮廓线计算质心点进行水平位移分析,结果显示桥墩质心向213.81°,即虎跳河下游移动了3.11 mm,位移量结果与轮廓线分析的平均值接近.     

三维激光扫描技术在隧道钢波纹板套衬加固中的应用研究

钢波纹板套衬加固后隧道原有断面净空面积减小且突变，为准确掌握隧道加固后净空变化具体信息，提出采用三维激光扫描技术对钢波纹板套衬加固前后的隧道段分别进行扫描，建立包括外业扫描和内业处理的标准化工作流程。结果表明： 1）加固前隧道实际轮廓与设计存在一些偏差，不能直接利用设计资料加工钢波纹板； 2）三维激光点云数据处理结果不仅可以用于指导钢波纹板分段精细化加工，还可通过嵌套对比获取加固前后隧道净空变化信息，达到2次扫描即可实现工程情况全息掌握的目的； 3）钢波纹板套衬加固后隧道断面轮廓仍能满足隧道建筑限界要求，最大值位于隧道拱顶处，为20.9 cm。     

组合式测点装置在龙泉山隧道施工监控中的应用

在隧道施工监控技术现状分析基础上,根据不同变形阶段对监测方法及精度要求,针对隧道分步开挖法,提出采用“隧道位移变形监测专用多功能组合式测点装置”开展隧道施工监控量测。介绍了组合式隧道监测新方法的原理及数据分析。通过龙泉山隧道工程监测实践表明:该监测方法解决了常规监测中分步开挖数据采集不连续的问题,监测精度满足规范要求。     

无人机航测和车载激光扫描结合的公路改扩建地形图测绘

根据公路工程特点,长线路地形图测绘普遍采用无人机航测方式进行,然而在地形陡峭区域,无人机航测生成的公路地形图精度可能无法满足实际公路设计需求。针对该问题,本文提出一种结合无人机倾斜摄影测量和车载激光扫描技术的公路改扩建地形图测绘方法:首先进行车载点云数据采集和机载点云数据生成,并进行融合处理(包括去噪和投影抽稀),然后基于融合抽稀后的点云生成等高线地貌图,最后基于无人机倾斜摄影测量点云生成的真三维模型完成地物要素的矢量化。实验结果表明,使用本方法测制的地形图的带宽和精度完全可以满足公路改扩建初步设计的需求。