徠卡全站掃描儀MS50在變形監測中的應用

張 維

(徠卡測量系統貿易(北京)有限公司，北京 100020)

一、前 言

在傳統的監測應用中，測量機器人和GNSS是兩種常見的設備，兩者可單獨工作，也可以協同作業：測量機器人適合密集棱鏡集群監測，GNSS適合高頻或靜態高精度監測。通過將兩者結合在一起，徠卡提供了大壩、橋梁、地鐵、滑坡、高層建筑等各個行業的解決方案。隨著監測工作的日漸深入，對被監測物體超密集快速監測的功能成為客戶的新需要。掃描技術成為最新的監測應用，徠卡MS50全站掃描儀一經推出，就全方位地滿足了各個行業客戶的需要，成為監測界的新寵貴族。

二、MS50全站掃描儀簡介

MS50是全站儀,也是掃描儀，能完成長基線高精度的控制測量，能進行全年24 h不間斷的監測工作，還能抵抗野外的嚴寒酷暑。在需要高密度掃描采集變形體的監測數據時，它能發揮高速掃描的功能，以每秒1000個點的速度采集數據。令人驚喜的是，徠卡MS50全站掃描還能拓展為超站儀，能夠將GNSS控制測量、精密監測和高精度快速掃描完美地結合在一起。

MS50采集的點云直接貼在照片上，測量數據可以直觀展示；掃描結果精度高，且能反映局部細節變化，表現內容更豐富和全面；在復雜危險區域，非接觸式監測更能保障人員安全。

另外，結合徠卡公司的GeoMoS、Cyclone、Infinity、MultiWorx等軟件可以實現高效處理MS50全站掃描儀的數據，輸出二維或三維圖、線畫圖、點云圖及三維模型，根據點云自動生成平面、曲面、圓柱、彎管、等高線等，可以將全景圖作為點云的背景圖，智能自動提取需要的點，實現多視角查看三維數據，輸出各種處理報告，結果可導入CAD。

三、應用實例

1. 地鐵監測

在城市地鐵監測中，傳統的監測方式主要是人工操作全站儀觀測布設在地鐵隧道斷面上的棱鏡，以及人工精密水準測量這兩種方式，存在作業速度慢、操作環境惡劣等現實問題。由于隧道投影的問題，為避免多個監測棱鏡產生相對于全站儀位置重合的現象，棱鏡的布設位置需要提前計算，還需要現場進行實地位置調試，個別需要密集監測的區域用傳統的方法難以實現。

MS50的出現解決了以上問題，將其安置到地鐵的強制對中裝置上，對隧道內壁選定的的特別監測區域可以進行密集監測，如選擇頂部一個區域，可以是地鐵管片的一片或整塊軌道板，對選擇的區域進行高精度快速掃描，可以獲取地鐵隧道重點區域的三維變形數據，這解決了傳統全站儀棱鏡點密度不夠及普通掃描儀不勝任監測工作的問題。

2. 高鐵監測

京滬高鐵列車時速為300 km/h ，可快速穿過高山和峽谷。其中80%的路段是高架橋，而對高速鐵路橋梁的監測工作非常急迫。列車經過一座橋梁通常只需要幾秒鐘，傳統的GNSS和全站儀均不能勝任高速鐵路橋的動荷載監測，因此需要高頻率高精度的動態監測才能實現。

MS50可以對承載高速鐵路的大橋進行高頻動荷載監測，在橋梁下面選定適合進行掃描的監測區域，然后以每秒1000點的速度進行掃描，可以瞬間記錄列車通過時橋梁發生的位移和沉降，以前所未有的準確度描述列車經過前、經過中和經過后橋梁的連續變化，為分析高速鐵路橋梁的動荷載下的瞬時變化和研究橋梁的運動趨勢提供了一套科學的監測方法。

3. 大壩監測

在某水電站，需要MS50全站掃描儀的精密監測和快速掃描功能，以了解在不同季節和不同時期整個壩體的變形量及變化趨勢。徠卡工作人員將2臺MS50設備布置在壩體左右兩邊，架設在牢固穩定的強制對中控制點上，然后采用全站掃描儀的模式進行監測工作，包含精密監測棱鏡作業和對重點監測區域進行掃描作業。為充分展現MS50的掃描精度，在壩體左右的兩套MS50全站掃描分別進行對壩體掃描時，在主壩的中間位置上選取了一塊公共區域進行掃描，即兩套MS50掃描了重合區域，而這個區域是整個大壩最接近中間的位置(如圖1所示)。掃描完成后，通過軟件進行點云數據的模型匹配，匹配后軟件計算的標準偏差為0.5 mm；如果考慮一般的設站誤差，不進行模型匹配的條件下，標準偏差也僅為0.8 mm，完全滿足客戶對掃描的精度要求。這充分展示了MS50在掃描監測領域的技術優勢。

圖1 公共掃描區域色階圖

四、結束語

徠卡提供了帶有自動掃描功能的完整監測方案，實現了對人員無法達到或安裝棱鏡的危險區域目標的監測，利用MS50的圖像輔助功能讓設置更加簡單和人性化，全新的向量技術實現了掃描數據的自動化處理，并且以不同的顏色顯示不同的變形量。徠卡MS50全站掃描儀是一個功能全面的革命性解決方案，集成了高精度的全站儀技術、高速的三維掃描技術、高分辨率數字圖像影響測量技術及超站儀技術等多項先進的測量技術，以多種方式獲得了高精度的測量結果，其應用前景非常廣闊。