三维激光扫描技术在轨道交通工程中的应用

1、三维激光扫描技术在轨道交通工程中的应用三维激光扫描技术在轨道交通工程中的应用引言轨道交通的车站及隧道由于其本身的地下性及构造复杂等状况，给建模工作带来很大的困扰，依靠传统的图纸资料难以建出准确的、真实的三维模型及场景；同时，传统的轨道交通测量、监测手段也存在作业复杂、工程进度慢、容易出错的缺陷，本文利用三维激光扫描技术获取点云数据速度快、精度高的优势，提出了其在轨道交通行业中车站及隧道三维建模、整体构造变形监测等领域中的作业思路，本文详细介绍了两种方法的工作流程，并通过实例数据进展分析实验，为今后类似的工程提出了经历参考。1构造变形监测1.1构造变形监测的常规方法这里仅讨论车站及隧道的平面测量

2、和纵断面测量工作。目前的方法总结起来大致分为以下步骤：1选择测量基准点：选择隧道内变形区域以外稳固的基标作为测量的基准点，观测区域两端各选择2个铺轨基标作为基准点。2布设控制网：以选择的基标点为起始根据布设平面控制网或高程基准网。3测点布设：目前根据工程经历常规做法是每隔6米布设平面测点或水准测点。4观测：对于平面测量，将全站仪架设于选定的控制点上，采用测回法测量各线路平面测量点，每一观测点均测角测距各一测回，以保证测点位置的准确性；对于纵断面测量，根据高程基准点采用附合水准道路的形式，按二等水准外业要求进展观测。1.2常规构造变形监测方法存在的问题目前的监测方法是一种点点测量、以点带面的工作

3、方式。这种方式可总结为，通过监测少量观测点的位移情况，将各个观测点的位移变化情况连接成折线图，从而反映整体变形情况。如观测点布设多了，那么整体的监测质量会有所进步，但观测工作量也随之增加了；如观测点布设少了，虽然观测工作量少了，但无疑也会造成整体的监测质量下降。这种点点观测的方式，总会漏掉其他有位移变化的点。1.3基于三维激光扫描技术的构造整体变形监测方法构造整体变形监测的思想是：利用三维激光扫描技术获取待监测车站及隧道的点云数据，建立三角网模型，通过不同时期的模型匹配，发现模型的变化情况，从而得出车站及隧道的构造形变情况。2.外业数据采集1选择测量基准点：选择本文由论文联盟.Ll.搜集整理变

4、形区域以外稳固的基标作为测量的基准点，基准点应在3个以上，这些点将作为后期模型匹配的基准，以及坐标转换的控制点。2扫描：要求点位精度在2内，FarFuse3D扫描仪可设置分辨率为1/4，质量为4x。扫描时测站间距保持1520之内，两测站间标靶球的数量不应少于3个，且应错落摆放，不在一条直线和一个程度面内。内业数据处理数据转化：在FarSene软件中将原始的.FLS文件转换成.XYZ文件。2拼站：选用LEia公司的ylne软件对点云数据进展拼站。3去噪：删除隧道待测区间范围外的无用数据，对于隧道内部的仪器设备和人员也应尽量去除。4建立三角网模型：将处理好的点云数据在GeagiStudi软件中建立

5、三角网模型。5模型比照：将不同时期测量获得的三角网模型在RealrksSurvey软件中进展比照，分析构造形变的变化趋势。下列图是北京机场线东三到三元桥区间段的两次模型比照分析结果。颜色的由浅到深表示构造形变量越来越大，绿色部分变形量最少，橙色部分变形量最大，最大偏向约为0.5。图1北京机场线东三到三元桥区间段的两次模型比照分析图目前三维激光扫描技术在构造整体监测方面还处于研究测试阶段，还需要做大量的实验及进展精度分析，而假如这项工作一旦推广，相对于传统测绘工作来说将是一项革新。3.车站及隧道的三维建模对于轨道交通工程地下性、构造及设施的复杂性等特点，传统的三维建模方法，只能根据车站的设计及施

6、工图纸来建立三维模型，由于车站内部的细部构造较多，只依靠图纸的信息是无法进展完全建模的。对于车站及隧道内部的构造，采用三维激光扫描仪可以快速获取各种复杂、真实物体的三维信息，其工作流程主要包括：外业实体扫描、内业点云数据处理、三维建模3个部分。3.1外业实体扫描外业实体扫描主要包括车站及隧道的整体构造的扫描，其次主要是对车站内部的各种细部构件进展扫描，详细外业数据采集过程与构造变形监测的外业数据采集过程根本一致。3.2内业点云数据处理在完成外业点云数据的采集后，要在内业首先对点云数据进展预处理，然后进展后期的三维建模。预处理过程主要包括：各站数据的拼接、去噪及重采样。三维激光扫描直接输出的数据

7、信息是基于该测站坐标体系的部分坐标数据，为获得研究对象的整体三维模型，不同视角获取的点云数据必须借助于重叠信息融为一体，即将不同测站的点云数据归并到某一个测站坐标体系里去，这个过程即是数据拼接配准。由于一些物体部件对扫描实体的遮挡，导致点云数据中出现大量的噪声数据，为了后期数据建模方便，我们需要对数据进展去噪处理。通常对建筑物的建模精度要求不是特别高的情况下，特别是用于建立虚拟实体模型的时候，需要对点云数据进展重采样，以减少数据容量，来减轻数据处理的负担。3.3三维建模预处理后的点云数据可以在ylne建模软件下直接进展三维建模，但这样对于细部构造的构建有一定的困难，所以在这里，我们选择了在AD

8、和3Dsax中进展三维建模。将预处理后的点云数据在ylne软件下降点云数据.ip格式转换成.dxf格式，导入到AutAD中，利用三维多段线及捕捉功能在AD下绘制模型轮廓的线划图。在制作精细模型方面，利用3Dsax建模软件进展建模具有很大优势，它具有非常强大的点、线、面、几何体编辑功能，建模完成后还可以对模型的高度、底面大小等参数进展修改，这就保证了模型对精细程度的要求。为了增加模型的逼真效果，我们还要进展纹理贴图，通过实地拍摄的数码照片在PhtShp图像处理软件中对照片进展格式转换及图像修改作为模型的纹理，在3Dsax软件的贴图通道中进展纹理贴图。如下列图为利用三维激光扫描技术建立的车站及隧道模型。图2利用三维激光扫描技术建立的车站及隧道模型4结语使用三维激光扫描技术进展隧道的三维建模和构造变形监测工作，是把高新技术应用在传统测量工作中的一个过程，也是对现有技术手段的一个有力补充。在隧道和车站的