三維激光掃描儀在深基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

周振興

【摘 要】深基坑監(jiān)測(cè)工作是確保工程安全的重要措施，能夠準(zhǔn)確獲取基坑變形的相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作提供有利依據(jù)。三維激光掃描技術(shù)作為一種新型的測(cè)繪技術(shù)，在基坑變形監(jiān)測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用，但同時(shí)還存在一定的局限性，很容易受到客觀因素的影響造成數(shù)據(jù)誤差等不良現(xiàn)象，不利于基坑變形監(jiān)測(cè)工作的有效進(jìn)行。鑒于此，下文針對(duì)三維激光掃描儀在深基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，希望能為三維激光掃描技術(shù)在基坑變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用提供有效參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】三維激光掃描；基坑變形監(jiān)測(cè)；應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，城市化發(fā)展進(jìn)程不斷加快，我國(guó)深基坑工程施工和監(jiān)測(cè)有了很大的發(fā)展。在現(xiàn)階段基坑技術(shù)運(yùn)用及優(yōu)化的同時(shí)，應(yīng)該應(yīng)用測(cè)繪領(lǐng)域的新技術(shù)、新方法，通過(guò)三維激光掃描技術(shù)的運(yùn)用，可以為工程測(cè)繪工作提供有效依據(jù)，并使三維激光掃描技術(shù)呈現(xiàn)多元化的發(fā)展空間，從而為變形監(jiān)測(cè)技術(shù)的專業(yè)性發(fā)展提供有效依據(jù)。

一、三維激光掃描儀器及系統(tǒng)原理

三維激光掃描儀是一種集成了多種高新技術(shù)的新型三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器，采用非接觸式高速激光測(cè)量方式，以點(diǎn)云形式獲取地形及復(fù)雜物體表面的陣列式幾何圖形的三維數(shù)據(jù)。儀器主要包括激光測(cè)距系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)和支架系統(tǒng)，同時(shí)也集成CCD數(shù)字?jǐn)z影和儀器內(nèi)部校正等系統(tǒng)。

目前，三維激光掃描儀主要采用TOF脈沖測(cè)距法（Time of Flight），是一種高速激光測(cè)時(shí)測(cè)距技術(shù)，采用脈沖測(cè)距法的三維激光點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算方法，如圖1所示。三維激光掃描儀通過(guò)脈沖測(cè)距法獲得測(cè)距觀測(cè)值S，精密時(shí)鐘控制編碼器同步測(cè)量每個(gè)激光脈沖橫向掃描角度觀測(cè)值α和縱向掃描角度觀測(cè)值θ。三維激光掃描測(cè)量一般使用儀器內(nèi)部坐標(biāo)系統(tǒng)，X軸在橫向掃描面內(nèi)，Y軸在橫向掃描面內(nèi)與X軸垂直，Z軸與橫向掃描面垂直。由此可得三維激光腳點(diǎn)P坐標(biāo)（Xs，Ys，Zs）的計(jì)算公式：

二、三維激光掃描技術(shù)在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用分析

2.1數(shù)據(jù)采集和處理

在利用三維激光掃描儀進(jìn)行基坑變形監(jiān)測(cè)的時(shí)候，工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)三維激光掃描技術(shù)和傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行結(jié)合運(yùn)用，并事先準(zhǔn)備好三維激光掃描儀、全站儀設(shè)備、HDS3英寸標(biāo)靶、相匹配的處理軟件Cyclone和Geomagic等。在進(jìn)行基坑變形監(jiān)測(cè)過(guò)程中，工作人員需要在不影響工程施工的條件下，將HDS3英寸標(biāo)靶安裝到基坑的中間，繼而在施工坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上利用全站儀設(shè)備對(duì)HDS3英寸標(biāo)靶和測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確獲取其三維坐標(biāo)，之后就要通過(guò)三維激光掃描儀以中等密度的掃描方式對(duì)監(jiān)測(cè)墻體和標(biāo)靶進(jìn)行掃描，在數(shù)據(jù)采集工作完成后，可以在點(diǎn)云的處理流程中進(jìn)行簡(jiǎn)單的概括，并利用Cyclong軟件對(duì)三幅點(diǎn)云進(jìn)行組合拼接，科學(xué)控制拼接精度，在去除噪點(diǎn)之后進(jìn)行建模操作，從而獲取基坑內(nèi)部支護(hù)結(jié)構(gòu)的點(diǎn)云圖。

2.2點(diǎn)云模型的變形分析

點(diǎn)云模型的變形分析主要分為3D模型分析和2D模型分析，通過(guò)模型的分析能夠準(zhǔn)確了解基坑變形的實(shí)際情況，為后續(xù)工作提供有利依據(jù)。

2.2.1 3D模型分析

在進(jìn)行3D模型分析過(guò)程中，可以利用Geomagic軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，通過(guò)示圖顏色直接展示出支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量。同時(shí)，利用Geomagic軟件中的點(diǎn)云模型對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量3D圖進(jìn)行分析，能夠得到變形量的百分比數(shù)據(jù)表和模型分析表，對(duì)兩表進(jìn)行分析就可以準(zhǔn)確了解變形分布的具體區(qū)域，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況就可以有效判斷基坑變形的具體原因和變形情況。

2.2.2 2D模型分析

在進(jìn)行2D模型分析過(guò)程中，可以利用Geomagic軟件在變形量3D圖中選取基坑變形位置的剖面3D圖，之后對(duì)變形較明顯的剖面進(jìn)行放大并進(jìn)行測(cè)量，就可以準(zhǔn)確了解到變形量的最大值和分布位置，從而根據(jù)基坑內(nèi)側(cè)的變形方向、變形程度判斷出變形原因和變形程度。

2.3注意事項(xiàng)及對(duì)策

在利用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行基坑變形監(jiān)測(cè)的時(shí)候，點(diǎn)云的精度比較容易受到掃描距離的影響，一旦距離過(guò)大就會(huì)造成嚴(yán)重的數(shù)據(jù)誤差問(wèn)題，所以在進(jìn)行掃描工作的時(shí)候，需要做好現(xiàn)場(chǎng)的檢查工作，根據(jù)掃描現(xiàn)場(chǎng)對(duì)掃描距離進(jìn)行合理控制，盡量確保掃描距離在50m以內(nèi)，從而有效保證三維激光掃描儀的掃描精度，使數(shù)據(jù)質(zhì)量得到有效保障。此外，在進(jìn)行標(biāo)靶掃描的時(shí)候，盡量選擇小間距、高精度的點(diǎn)云掃描模式進(jìn)行精細(xì)掃描，從而有效提高標(biāo)靶中心點(diǎn)的坐標(biāo)精度，使基坑變形監(jiān)測(cè)更具有精確性和完整性。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為提高三維激光掃描儀在深基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用效果，工作人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)三維激光掃描技術(shù)和傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行結(jié)合運(yùn)用，準(zhǔn)確掌握相關(guān)注意事項(xiàng)和應(yīng)對(duì)策略，以此保證數(shù)據(jù)采集和處理、點(diǎn)云模型的變形分析等各項(xiàng)工作的順利進(jìn)行，使基坑變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量得到有效保障，確保基坑工程的安全性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃新召.淺析地面三維激光掃描技術(shù)在城市地下空間測(cè)量中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017（16）：20-22.