基于地面三维激光扫描技术的盾构隧道竣工测量探究

分析了地面三维激光扫描系统的测量原理与数据处理方法,研究了点云数据的NURBS曲面重构方法。应用地面三维激光扫描仪采集竣工盾构隧道点云数据,构建了隧道点云模型。选取点云模型的两个横断面与设计断面进行了比较,结果表明,地面三维激光扫描技术可为隧道竣工测量提供更便捷和实用的方法。     

三维激光扫描技术在地铁隧道形变检测中的应用

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。     

基于三维激光扫描数据的地铁隧道断面测量

地铁主体施工完毕后为了对线路进行调线调坡,需要对地铁隧道进行断面测量,三维激光扫描与常规测量方法相比具有非接触式测量,可高密度采集空间三维点云数据等特点,为地铁断面测量提供了新的途径。本文基于Leica Scanstation 2扫描仪分析了三维激光扫描点云数据采集步骤和数据处理流程,阐述了基于点云数据的地铁断面测量方法,分析了三维激光扫描技术在隧道断面测量中应用的可行性。研究结果表明,这种高密度、高精度的隧道断面能够满足地铁调线调坡等方面的技术要求。     

地铁隧道点云数据采集与预处理

点云数据能够呈现地铁隧道丰富的特性,具有传统方法不具备的优势,将三维激光扫描技术应用于地铁安全监测成为新的趋势。隧道点云质量的好坏直接影响后期的分析与处理,需要在数据采集与点云预处理等过程中做好把控。本文研究了三维激光扫描技术的原理,给出了地面激光扫描仪数据采集流程,以南京地铁为例,论述了隧道点云数据采集和数据处理关键技术,获得了高质量点云,本文的研究为相关工程技术人员提供了参考。     

基于LiDAR点云的铁路隧道横断面提取

针对三维激光扫描技术在铁路隧道限界分析和收敛分析等应用中关键的点云横断面的快速提取问题,本文提出了适应马蹄形铁路隧道的断面快速提取方法.该方法利用铁路钢轨来确定隧道横断面的方向,并利用RANSAC方法完成隧道断面点云的分类,并完成铁路隧道边墙断面的提取.通过实际铁路隧道的Lidar点云对提出的方法进行试验.实验结果表明...     

基于空间圆模型的隧道全局中轴线提取方法

隧道中轴线不仅能够检核隧道竣工测量,而且在隧道变形监测中其精度直接影响横断面提取的准确性。本文提出一种精确提取隧道全局中轴线的方法:首先将隧道三维点云投影至水平面形成平面点云,并采用Delaunay三角网算法获取点云边界;其次利用点云边界中转折点间的距离与隧道直径的关系提取出隧道边界线;然后依据隧道边界和中心的几何关系提取出水平中轴线,并以此提取隧道横断面;最后对隧道横断面进行空间圆模型拟合生成隧道中轴线。通过实验分析,本文方法能够适应于长距离、弯曲型隧道,为隧道中轴线提取研究提供借鉴依据。     

基于地面激光技术的隧道变形监测技术

研究了将地面激光技术应用于地铁隧道变形监测,运用基于点云法向量差异的点云分割算法对点云数据进行抽稀,使用抽稀后点云数据构建地铁隧道模型,对隧道进行整体变形分析,构建地铁隧道三维模型不仅提高了变形监测精度,而且能够反映隧道整体变形趋势。将此方法应用于天津地铁一号线隧道变形监测,通过与光纤位移计结果对比,变形监测精度在4 mm以内,能够满足地铁隧道变形监测的需要。     

松紧耦合组合在隧道移动测量中的应用研究

为研究GNSS/INS组合导航中松组合和紧组合方式对隧道车载三维激光扫描中载体定位定姿的影响,本文分别采用紧组合和松组合模式对隧道车载三维激光扫描系统采集的导航信息进行处理,分析2种组合方式在隧道中的载体定位定姿性能,并对2种组合方式对后续点云数据处理性能的影响进行了对比分析。结果表明,紧组合方式在定位定姿精度方面优于松组合。同时,在后续点云数据处理中,2种组合方式得到的点云数据点位误差RMS值都小于0.05 m,能够满足工程需求。     

三维激光扫描技术在隧道工程中的应用分析

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。本次实验基于GRP5000隧道三维激光扫描系统对目前隧道工程进行状态分析和调查,实验结果表明：目标隧道1 000环管片椭圆度基本在10‰—15‰之间,其中最大几环椭圆度超过了20‰;隧道结构性渗漏水62处,隧道结构性开裂258处,管片错台最大值达到6 mm;管片水平直径最大偏差为52.8 mm,最小偏差为-36.2 mm,平均偏差为-9.9 mm,隧道受周围地质和人为因素干扰影响较大。     

基于点云数据的盾构隧道竣工测量方法

隧道轴线的偏差和断面测量是地铁隧道竣工测量的重要指标。本文详细介绍了运用空间几何的方法从海量三维激光点云数据中快速、准确地提取地铁盾构隧道断面和中心点的方法,在此基础上将提取的断面点云数据与设计断面曲线进行了二维对比分析,并在北京某地铁盾构隧道中进行了验证:从三维激光点云中提取的中心点坐标与全站仪测量得到的结果相差在±3mm以内,点位精度能够达到3.43mm。结果表明该方法可达到较高的测量精度,在地铁盾构隧道竣工测量中将具有较强的实用性。     

利用三维激光扫描技术进行地铁隧道施工质量管控及病害检测

三维激光扫描技术具有不接触、高密度、高精度和数字化等特点，可实现地铁隧道全息、全面、快速三维测量。在土建施工阶段，分别对隧道初支及二衬进行三维扫描，可快速获取初支断面的超欠挖情况及二衬限界情况；将初支与二衬扫描获取的点云进行叠加计算，可分析隧道施工二衬的厚度。在地铁隧道运营阶段，采用移动三维激光扫描技术对隧道进行扫描，可快速获取隧道的全息数据，从点云中可分析、提取隧道渗水、裂缝、管片错台等病害信息。本文采用三维激光扫描技术对青岛地铁部分工点的施工质量及病害检测进行了测试、应用，介绍了其数据采集流程及点云分析处理，为三维激光扫描技术在地铁隧道的推广应用提供了一定的借鉴意义。     

利用三维点云数据的地铁隧道断面连续截取方法研究

提出了一种可应用于变形监测的基于三维激光点云的隧道断面连续截取方法.该方法分为点云拼接、中轴线提取和断面截取.隧道中轴线的提取通过随机采样一致性算法和最小二乘平差算法完成;断面截取过程先基于隧道轴线信息调整隧道姿态,再对隧道数据采取局部曲面拟合进行,其中引用了限制最小二乘算法和随机采样一致性算法.采用RIEGL VE-400获取的地铁隧道点云数据进行了验证.实验证明了本文方法在三维激光扫描技术的应用方面具有一定的实践意义.     

一种移动式隧道检测系统的硬件设计与试验

综合图像处理和激光扫描两种技术优势,设计一套移动式隧道自动化检测系统,详细介绍了系统所达到的目标,给出了系统硬件设计方案,阐述了建立隧道扫描点云模型和隧道影像数据处理方法,通过对武汉大学珞珈山隧道进行数据采集和数据处理试验,结果表明,系统达到了预期效果,实现隧道内部表面三维点云和全景影像的快速自动化采集,可应用于隧道病害的检测分析。     

基于RANSAC算法的地铁隧道点云数据滤波

三维激光扫描技术能够快速、有效地获取隧道点云数据,可用于提取地铁隧道的形变信息,但隧道点云数据中包含着噪声点、离群点,需要滤波去除,目前已有滤波算法不适用于隧道环境。文中采用统计特征去除部分噪声点,利用区域增长方法初步提取隧道壁部分点云作为RANSAC算法种子点,进一步利用RANSAC算法拟合数学模型提取隧道壁全部点云数据,并利用RANSAC点云拟合模型对隧道盾构体施工精度进行评估。实验结果表明了方法的有效性。     

单圆盾构隧道移动激光扫描收敛值计算

近年来,架站式三维激光扫描技术广泛应用于盾构隧道收敛监测,但频繁换站降低了外业测量的效率。同时,在激光点云拟合计算收敛点坐标时,收敛点位置会随着隧道变形而变化,因而,点云曲线拟合难以确保得到不同时间、同断面、同收敛点坐标,影响了收敛值的精度。自主研发了一款经济适用且高效可靠的移动激光扫描监测系统,解决了架站式三维激光扫描监测效率低下的问题。针对收敛值计算方法存在的问题,详细讲解了基于隧道平铺图的收敛值计算方法,具体过程如下:首先,经过点云标准圆投影并展开,再经过图像栅格化、内插及增强处理得到隧道平铺图;其次,通过图像二值化、连通域分析、自动识别及人工纠正环缝,准确划分隧道每环点云;接下来,绘制每环管片接缝在平铺图的位置,求出每环收敛定点方位;最后,通过分管片拟合,计算收敛定点坐标并推出收敛值。计算实例表明,移动激光扫描收敛值重复结果差值均在1.5 mm以内,由此可知,提出的计算方法可用于单圆盾构隧道进行高效收敛监测,且精度可靠。     

三维激光扫描在地铁隧道形变监测中的应用

提出利用三维激光扫描点云截取隧道横断面拟合椭圆进行形变监测的方法。方法分为隧道中轴线提取,连续断面截取和椭圆拟合。隧道中轴线通过点云在水平面上投影后搜索的上下边缘点分别拟合二次曲线求均值得到;沿隧道中轴线设定等距间隔点,在间隔点处以中轴线正交方向截取断面;对截取的断面拟合椭圆并与设计值比较进行形变分析。实验表明,方法可以充分利用点云的大数据量特征,获得隧道内任意处的断面,是对目前监测方式的有益补充。     

基于地面三维激光扫描技术的隧道全断面变形测量方法

正在隧道工程中变形测量是必不可少的,工程师可根据测量结果评价隧道结构的安全状态,并及时调整设计参数。地面三维激光扫描技术(terrestrial laser scanning)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,从而获取更加全面的隧道变形信息。一、基于点云的隧道三维建模算法与变形分析本文提出一种基于点云的隧道三维建模算法,用于获取隧道的相对变形。算法的流程如图1所     

基于椭圆柱面模型的隧道点云滤波方法

由于地铁盾构环片附着了大量的螺栓和螺丝以及隧道内壁上安装的大量金属支架、电器设备等附属物,使得获取的激光点云数据包含了大量的非隧道内壁点(以下简称非点),从而影响到隧道点云在形变监测、三维建模等方面的应用。本文提出基于区域分割的椭圆柱面模型方法来滤除非点,将地铁隧道横截面视为椭圆(根据盾构施工特点),利用获取的隧道原始点云数据提取出隧道中轴线,并沿隧道中轴线正交方向将点云分割为等间隔区域,然后利用各区域的点云分别迭代拟合为椭圆柱面,从而实现对隧道内壁非点的自动滤除。实验结果表明,该方法能够有效滤除隧道内的非点,为三维激光扫描技术用于地铁隧道形变监测提供高质量的点云数据。     

基于地面激光扫描仪的隧道断面提取研究

近年来,将三维激光扫描技术应用于地铁变形监测成为研究的热点.面对海量点云数据,如何提取隧道断面是成功运用该技术的关键.据此,本文采用三维激光扫描技术扫描隧道,获取隧道整体点云数据,并提出一种获取隧道任意位置断面变形的新方法.以某地铁监测数据为例实验分析,提取隧道断面图,实验证明了该方法的有效性.     

一种三维激光扫描技术隧道整体变形分析方法

针对三维激光扫描技术应用于隧道变形监测时无法准确确定隧道形变的问题,该文提出了一种基于参考基准的隧道点云降维格网化形变分析法,通过建立参考基准,计算点云到参考基准的距离,点云降维,生成降维点云到参考基准距离的分布格网图,并进行多期数据差值计算,获得隧道整体变形量值分布图.实验表明,该方法能够确定隧道变形区域和变形量值大小,能够进行多期监测数据的准确对比,提高了三维激光扫描技术的应用精度,是一种实用和有效的衡量隧道变形新方法.