三維激光掃描技術支持下的地鐵工程測量實施方法

趙佳楠 陳瑤

摘要：軌道交通的日益增多以及其運行速度的有效提升，無疑對軌道建設工程的質量提出了更高水平的要求。基于此，提出三維激光掃描技術支持下的地鐵工程測量實施方法。在地物的提取與繪制基礎上，完成點云數據采集，使得隧道中心線自動生成，進而實現精細三維建模。根據實驗結果的對比可知，本文提出的地鐵工程測量實施方法相比于傳統方法而言，在測量精確度上占有較大優勢，實驗證明，本文方法具備較高的實用性和有效性。

Abstract： The increasing number of rail transit and the effective improvement of its running speed undoubtedly put forward higher requirements for the quality of rail construction projects. Based on this， a method of metro engineering measurement supported by 3D laser scanning technology is proposed. On the basis of ground object extraction and rendering， point cloud data collection is completed to automatically generate the center line of the tunnel， and then fine 3D modeling is realized. According to the comparison of experimental results， the metro engineering measurement implementation method proposed in this paper has a greater advantage in measurement accuracy compared with the traditional method. The experiment proves that the method proposed in this paper has higher practicability and effectiveness.

關鍵詞：三維激光掃描;地鐵;工程測量;實施方法

Key words： 3D laser scanning;subway;engineering survey;implementation method

中圖分類號：TB22? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）02-0210-02

0? 引言

最近幾年，伴隨國內社會經濟的飛速發展，我國建筑工程的數量正在逐年增長，而工程測量是確保建筑工程項目正常實施的基礎條件。傳統的工程測量需要花費較多的人力、物力成本，且不能完全保證測量的精準度。地面三維激光掃描技術具備效率高、精準度較高等一系列優勢，將其應用于工程測量中，可以顯著提高工程測量的精準度。

1? 三維激光掃描技術支持下的地鐵工程測量實施方法

1.1 點云數據采集

隧道基準面的建立需要圍繞點云數據進行一系列的解析，利用點云數據的處理結果完成有效轉換，推動其在相關坐標中形成較為理想的實施效果，特別是對于高程、邊界點等關鍵數據信息而言[1]，更需加以重點關注，為后續隧道土方量的計算提供更為準確的數據信息。本文的測量方法遵循國家標準城市軌道交通應用工程建設的測量規范。在地鐵隧道（地下空間）的實際測量過程中，對于每一個測量工程而言，均需確保具備三個以上的控制點，利用三維激光掃描獲取控制點的具體坐標。除此之外，在地鐵控制點的上部鋪設一個大靶球，瞄準控制點，用于獲取大靶球中心點的具體坐標，有助于坐標軸的轉換。另外，在地面掃描儀兩兩測站之間設置2個以上的離靶球，確保相鄰兩個站點都能夠全部被掃描，有利于數據拼接。本文依據掃描過程中兩兩測站中的靶球能夠準確地對多個測站的點云數據進行有效拼接，安裝中間測站作為整體標準站，之后利用點云數據處理軟件完成相關拼接即可[2]。具體流程參見圖1。

1.2 地物的提取與繪制

借助三維激光掃描原理對地物進行提取和繪制，其原理參見圖2。地物提取指的是針對地鐵建筑特征點的有效提取，是通過地面三維激光掃描后有關處理軟件在處理后的點云數據中對建筑周角/點、隧道中心點等數據進行人工提取，以一定格式輸出以后，導入大比例尺數字測繪軟件中完成繪制。

1.3 隧道中心線生成

按照相關建設行業的實施標準及其有關資料，隧道中心線是實施截面控制的前提條件，同時其數據準確程度更是會直接影響到后期點云分析的精確度。首先，利用隧道相關數據，即隧道設計平面和垂直/水平曲線數據（通過三維激光掃描技術獲?。3]，完成隧道中心線一系列數據信息的即時獲取。垂直曲線指的是縱斷面上臨近兩條縱向線的相交處，為了行車順利而連接的縱坡線曲線;水平曲線指的是直線轉彎處的連接曲線。

1.4 精細三維建模

通過地面三維激光掃描技術獲取到地鐵建筑三維的有關點云數據和影像數據，制作出高級別的精細三維模型，以及真實的三維尺寸場景[4]。利用圖像紋理的映射作用自動生成彩色三角網面片[5]，使其對應每一張照片的分模，模型整體利用多個彩色三角網面片，通過邊緣的銳化處理，并借助兩個以上模型面片間的遮掩來解決紋理間不對等接縫的問題，使多個彩色模型三角網面片形成一個標準的真實彩色三維模型。

2? 工程實驗與效果分析

為了更加清楚、直觀的看出本文設計的三維激光掃描技術支持下的地鐵工程測量實施方法的實際應用效果，特與傳統的地鐵工程測量實施方法進行對比，對其測量的精準度進行比較。

2.1 實驗準備

為保證試驗的準確性，將兩種地鐵工程測量實施方法置于相同的試驗環境之中，進行測量精準度試驗。

2.2 實驗結果分析

試驗過程中，通過兩種不同的地鐵工程測量實施方法同時在相同環境中進行工作，分析其測量精準度的變化。工程效果對比如圖3所示。

根據實驗結果的對比可知，本文提出的地鐵工程測量實施方法相比于傳統方法而言，雜測量精確度上占有較大優勢，實驗證明，本文方法具備較高的實用性和有效性。

3? 結束語

本文對三維激光掃描技術支持下的地鐵工程測量實施方法進行分析，根據三維激光掃描技術的原理，對地鐵工程測量實施方法進行優化，實現本文設計。實驗論證表明，本文設計的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠為三維激光掃描技術的應用以及地鐵工程測量提供一定理論依據。

參考文獻：

[1]羅顯圣.工程測量中地面三維激光掃描技術的應用探析[J].工程技術研究，2019，4（7）：50，55.

[2]劉小云.地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用研究[J].信息系統工程，2019，45（5）：103.

[3]于紅亮.地面三維激光掃描技術在工程測量中的應用[J].中外企業家，2019，23（20）：134.

[4]喬亞奇，曹正偉，張貝貝.探索市政工程測量過程中如何有效應用地面三維激光技術[J].西部資源，2019，34（5）：137-138.

[5]皮志榮.地面三維激光掃描技術在工程測量中的實踐[J].江西建材，2017，56（24）：219，224.