徠卡全站掃描儀MS50在變形監(jiān)測中的應(yīng)用

張 維

(徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100020)

一、前 言

在傳統(tǒng)的監(jiān)測應(yīng)用中，測量機(jī)器人和GNSS是兩種常見的設(shè)備，兩者可單獨(dú)工作，也可以協(xié)同作業(yè)：測量機(jī)器人適合密集棱鏡集群監(jiān)測，GNSS適合高頻或靜態(tài)高精度監(jiān)測。通過將兩者結(jié)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(yè)的解決方案。隨著監(jiān)測工作的日漸深入，對被監(jiān)測物體超密集快速監(jiān)測的功能成為客戶的新需要。掃描技術(shù)成為最新的監(jiān)測應(yīng)用，徠卡MS50全站掃描儀一經(jīng)推出，就全方位地滿足了各個行業(yè)客戶的需要，成為監(jiān)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(jìn)行全年24 h不間斷的監(jiān)測工作，還能抵抗野外的嚴(yán)寒酷暑。在需要高密度掃描采集變形體的監(jiān)測數(shù)據(jù)時，它能發(fā)揮高速掃描的功能，以每秒1000個點(diǎn)的速度采集數(shù)據(jù)。令人驚喜的是，徠卡MS50全站掃描還能拓展為超站儀，能夠?qū)NSS控制測量、精密監(jiān)測和高精度快速掃描完美地結(jié)合在一起。

MS50采集的點(diǎn)云直接貼在照片上，測量數(shù)據(jù)可以直觀展示；掃描結(jié)果精度高，且能反映局部細(xì)節(jié)變化，表現(xiàn)內(nèi)容更豐富和全面；在復(fù)雜危險區(qū)域，非接觸式監(jiān)測更能保障人員安全。

另外，結(jié)合徠卡公司的GeoMoS、Cyclone、Infinity、MultiWorx等軟件可以實(shí)現(xiàn)高效處理MS50全站掃描儀的數(shù)據(jù)，輸出二維或三維圖、線畫圖、點(diǎn)云圖及三維模型，根據(jù)點(diǎn)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(diǎn)云的背景圖，智能自動提取需要的點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多視角查看三維數(shù)據(jù)，輸出各種處理報告，結(jié)果可導(dǎo)入CAD。

三、應(yīng)用實(shí)例

1. 地鐵監(jiān)測

在城市地鐵監(jiān)測中，傳統(tǒng)的監(jiān)測方式主要是人工操作全站儀觀測布設(shè)在地鐵隧道斷面上的棱鏡，以及人工精密水準(zhǔn)測量這兩種方式，存在作業(yè)速度慢、操作環(huán)境惡劣等現(xiàn)實(shí)問題。由于隧道投影的問題，為避免多個監(jiān)測棱鏡產(chǎn)生相對于全站儀位置重合的現(xiàn)象，棱鏡的布設(shè)位置需要提前計(jì)算，還需要現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地位置調(diào)試，個別需要密集監(jiān)測的區(qū)域用傳統(tǒng)的方法難以實(shí)現(xiàn)。

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

2. 高鐵監(jiān)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(jiān)測工作非常急迫。列車經(jīng)過一座橋梁通常只需要幾秒鐘，傳統(tǒng)的GNSS和全站儀均不能勝任高速鐵路橋的動荷載監(jiān)測，因此需要高頻率高精度的動態(tài)監(jiān)測才能實(shí)現(xiàn)。

MS50可以對承載高速鐵路的大橋進(jìn)行高頻動荷載監(jiān)測，在橋梁下面選定適合進(jìn)行掃描的監(jiān)測區(qū)域，然后以每秒1000點(diǎn)的速度進(jìn)行掃描，可以瞬間記錄列車通過時橋梁發(fā)生的位移和沉降，以前所未有的準(zhǔn)確度描述列車經(jīng)過前、經(jīng)過中和經(jīng)過后橋梁的連續(xù)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(yùn)動趨勢提供了一套科學(xué)的監(jiān)測方法。

3. 大壩監(jiān)測

在某水電站，需要MS50全站掃描儀的精密監(jiān)測和快速掃描功能，以了解在不同季節(jié)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(shè)備布置在壩體左右兩邊，架設(shè)在牢固穩(wěn)定的強(qiáng)制對中控制點(diǎn)上，然后采用全站掃描儀的模式進(jìn)行監(jiān)測工作，包含精密監(jiān)測棱鏡作業(yè)和對重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行掃描作業(yè)。為充分展現(xiàn)MS50的掃描精度，在壩體左右的兩套MS50全站掃描分別進(jìn)行對壩體掃描時，在主壩的中間位置上選取了一塊公共區(qū)域進(jìn)行掃描，即兩套MS50掃描了重合區(qū)域，而這個區(qū)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(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的模型匹配，匹配后軟件計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.5 mm；如果考慮一般的設(shè)站誤差，不進(jìn)行模型匹配的條件下，標(biāo)準(zhǔn)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(jiān)測領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢。

圖1 公共掃描區(qū)域色階圖

四、結(jié)束語

徠卡提供了帶有自動掃描功能的完整監(jiān)測方案，實(shí)現(xiàn)了對人員無法達(dá)到或安裝棱鏡的危險區(qū)域目標(biāo)的監(jiān)測，利用MS50的圖像輔助功能讓設(shè)置更加簡單和人性化，全新的向量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了掃描數(shù)據(jù)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(shù)、高速的三維掃描技術(shù)、高分辨率數(shù)字圖像影響測量技術(shù)及超站儀技術(shù)等多項(xiàng)先進(jìn)的測量技術(shù)，以多種方式獲得了高精度的測量結(jié)果，其應(yīng)用前景非常廣闊。