三维激光扫描收敛变形分析

1、七、三维激光扫描收敛变形分析7.1三维激光扫描技术地面三维激光影像扫描仪是一种集成了多种高新技术的新型测绘仪器，采用 非接触式高速激光测量方式，为高精度自然表面的快速生成提供了新的高自动化 的方法，具有非接触，快速获取3D点云数据等优点。通过滤波与内插技术可以 以点云形式获取地形及复杂物体三维表面的阵列式几何图形数据。它是继GPS 空间定位技术后的又一项测绘技术革新。三维激光扫描仪的工作原理为：利用被测物体对激光的发射，测出扫描仪到 被测点的距离；利用仪器内部的转角机构，测出被测点的相对水平角和垂直角； 从而获得被测点相对于扫描仪坐标系统下的三维坐标。利用扫描仪内置（或外接） 的数码相机，获得

2、被测物体的影像，供后期建模处理时渲染贴图使用。三维激光 扫描仪可以在一秒钟内快速采集几千个甚至几万个、几十万个点的三维坐标，如 此海量的点称为“点云”，可以高精度地真实描述被测物体的三维空间实际形状， 达到快速建立物体三维模型的目的。盐水沟隧道全长2km，从隧道入洞口到出洞口每50m安装一个三维激光扫 描所用的球形靶标，自由设站间距为100m。每个断面布设3个靶标（拱顶、两侧拱腰）。三维激光扫描监测周期为半年。图7-1三维激光扫描的原理7.2三维扫描数据获取7.2.1仪器设备采用仪器设备：徕卡Geosystems ScanStaion C10及配套3英寸标靶。相关参 数见表2-1：表7-1设备

3、参数技术参数ScanStation C10仪器精度点位6mm距离4mm角度12模型表面精度2mm标靶获取精度2mm双轴倾斜传感器可开/关;1分辨率；补偿范围5；精度1.5激光扫描系统类型脉冲式颜色及波长绿色/532nm激光类型3R扫描距离300 m/ 90%反射率;134 m 18%反射率扫描速率多达50000点/秒，最大即时扫描速率扫描视场角多达50000点/秒，最大即时扫描速率激光光斑大小水平方向最大360，垂直最大270最小扫描密度4.5mm/050m数据存储容量80G通讯方式动态IP地址，以太网拍照及变焦视频单张 17X 17照片 400 万像素(1920 X1920)；全景(360X

4、 270)可拍摄230张照片，根据环境调节曝光机载界面显示完全彩色触摸屏图形化显示界面，QVGA (320 X 240像素)整平显示外部圆气泡，机载和Cyclone软件显示的电子气泡7.2.2扫描方案该隧道属于狭长直线型，中间铺设直径1m的隧道，使得空间狭窄，对扫描 测量更为不利，管道位于隧道中间略偏左侧，因此右边空间相对较大，左侧较为 狭小，为了尽量满足采集数据的完备性，我们采用左右交替设站扫描，管道底部 仍然为扫描盲区。根据激光扫描仪扫描精度与时间关系，同时结合隧道特点综合考虑，我们采 用中等密度扫描方式进行扫描工作，相关参数(扫描时间7分钟，密度100m点 密度为10cm，相邻站3个拼接

5、标靶)。同时由于隧道没有灯光，洞内没有扫描跟 踪拍照。由于左侧狭小，仪器设备离墙最近，角度较小不利于扫描且介于第一期扫描 中设置间距较小，数据量太大，不便于后期数据处理等经验，综合第一期和第五 期的扫描过程，我们采取两站间距为30m。7.3内业数据处理（一）激光扫描点云数据处理流程如下:内业数据处理软件主要有Cyclone、三维扫描数据处理软件等。（三）激光点云数据拼接利用外业测量的控制点，在Cyclone软件下第一期共用7天对近113站点云 数据进行了拼接，第四期用4天对近70站点云数据进行了拼接，拼接精度6mmo拼接后的点云如下图所示图7-2点云拼接精度（四）去除噪声、点云分割及统一化去除

6、点云数据的中除隧道内壁以外的数据。由于数据量的影响，需要对原始 数据进行分割并点云统一化。（五）设置坐标系在cyclone软件中，对两期三维扫描数据，选用DX1980，DX00300和DX900 三点建立相同的坐标系，使得两期坐标数据统一。（六）沿着隧道中线切割断面在Cyclone软件里面，把DX00300和DX1980连成一条直线，由于隧道呈 直线型，DX00300和DX1980的连线基本平行于隧道中线，为保持和全站仪的 断面间距相同，沿着这条连线，设置断面切割厚度为3mm进行切割，切割后的 断面点云。如下图所示：图7-3生成的点云切片数据E-U噫 【O.O.O. LitLO.LO.TITI

7、HffiBtEfficrzE -0.-0.-0.-0.-0.TD D D 0 n 050505茧 H a.Q.a.TTrlo D D *|05防 r - -Q oIDIDLrLDD-D:办05冷店O5Q5 跖寻-0-0.-0（七）两期数据对比分析在cyclone里，对上述生成的两期断面点云数据以svy格式导出，导入交大 自主研发的三维扫描数据处理系统进行对比分析，断面进行对比分析。其中里程 1020米处断面两期对比结果如下：第一期第二期图7-4 1020米处断面对比结果（m）沿隧道左侧的变形量:图7-5隧道左侧变形量沿隧道右侧的变形量:图7-6隧道右侧变形量沿隧道顶部的变形量:图7-7隧道顶部变形量（八）建模在3DMax软件下，利用点云剖面线划图和隧道曲线，建立隧道的三维模型 见图7-8、图与图。图7-8隧道三维模型图7-9隧道原始点云数据图7-10盐水沟隧道三维模型从上图中两期数据对比可以看出，变形点的最大处变形量左，右两边基本保 持在2cm以内，顶部基本保持在1cm以内。单个断面两期对比左侧（0度）到 隧道右侧（180度）每隔3度取点