移動掃描技術在地鐵隧道監測中的應用

楊勇 侯忠山

中鐵第六勘察設計院集團有限公司 天津 300000

在我國大中型城市中，地鐵已成為解決城市交通擁堵的重要手段，大部分城市都已建設起規模相當龐大的地鐵工程[1]。但同時，因地鐵工程建立在地下，為保證其隧道結構的穩定性，令地鐵得以安全運營，必須運用現代測繪技術對其進行科學監測。傳統地鐵隧道監測手段監測過程極為復雜且周期較長，為解決這一問題，移動掃描技術應運而生，在操作難度、監測精度方面都有了長足進步。

1 移動掃描技術定義與特點

1.1 定義

移動掃描技術也稱為三維激光掃描技術，在各種工程建設項目中應用十分廣泛，在地鐵隧道建設工程中，主要用于隧道變形情況的監測。在應用這一技術時，應先布置好監測基準網，并每隔一段距離設置起激光反饋觀測點，再利用激光掃描裝置對隧道進行系統而快速的掃描，同時將所得數據整理分析后，建立起關于地鐵隧道的三維模型以便工作人員進行綜合分析。移動掃描技術相比于傳統測繪技術具有很大優勢，科技含量很高，在地鐵隧道監測工作中采用非接觸式高速激光測量能夠獲得更加精準的數據。

1.2 移動掃描技術特點

移動掃描技術在監測地鐵隧道工作中主要有以下優勢：

一是效率高。傳統地鐵隧道監測手段如全站儀監測方法用時相對較長，而移動掃描技術所用時間僅是傳統監測方法的幾十分之一，且雖然該技術耗時短卻不會影響到其測量精度。尤其是在地形結構相對復雜的區域，移動掃描技術監測優勢更為明顯。

二是三維可視化。利用移動掃描技術監測地鐵隧道，能夠快速獲得隧道內部精確信息，再利用系統軟件將信息轉化為三維圖像，這樣一來，就能夠更加充分地反映隧道本身特點，令工作人員觀測起來更加便捷。

三是測量安全穩定，精度均勻。移動掃描技術在應用過程中一般是用掃描儀進行自動識別，而對操作人員依賴較小，這就大大降低了人為因素在測量過程中造成的誤差，令測量精準度更高。且移動掃描技術獲取數據密度較大，這令其構建的三維立體模型完整性與連貫性都較強。

四是監測數據更加全面。鑒于移動掃描技術優勢，能夠對地鐵隧道內部每一區域的沉降及結構變形等情況進行詳細、直觀的了解，而不至于漏掉任何細微之處，這樣就可使獲得的數據信息更加全面。

2 移動掃描技術在地鐵隧道監測中的應用

2.1 設計科學測量方案

移動掃描技術需要進行分測站測量，因此，工作人員應測量高程與平面控制兩方面的數據，再以此為基礎開展平差計算工作，這樣就可獲取更加準確的控制點坐標。且應在測量過程中靈活布設測量導線位置，并令觀測點均勻分布在導線周邊，應使觀測點保持一定密度以提高測量精確性。此外，在高程測量中以二等水準測量方法為主且應注意觀測順序，一般來說，偶數站以前—后—后—前順序進行觀測，而奇數站以后—前—前—后為佳。

2.2 外業掃描作業

在進行地鐵隧道移動掃描監測工作時，應選用APM法進行定位，一般應在隧道中間位置設置掃描儀，并在掃描儀左右5-6m處設置球棱鏡，同時設定科學參數再展開掃描工作。隨后相關人員再分別對掃描儀與球棱鏡進行測量，以實現絕對定位及定向工作。在掃描過程中為減小誤差應注意以下幾點：①掃描儀必須居于隧道中間位置，并距離地面1.6m以上，且保證測站間距在30m左右；②在設置掃描儀操作面板時，應保證各個測站的面板方向一致，這樣點云數據才能夠更加精準。③設置統一的掃描儀參數，質量4×，分辨率為1/5，同時關閉傾角儀傳感器。

2.3 應用于隧道建模工作中

運用移動掃描技術對地鐵隧道進行數據監測完畢后，還需要進行曲面重構工作。利用移動掃描技術能夠獲得地鐵隧道工程點云數據，再利用相關軟件清除數據中一些影響較小的點，同時完成去除噪聲工作，再利用計算機對數據進行著色與渲染以及對齊精簡等操作，精簡程序對應的是沒有處理過的點云數據，將這些數據每n個點中僅保留一個即可，然后按照規定距離對其進行精簡。在這一環節，因掃描儀給出的坐標只是一個相對坐標，故需要對點云數據坐標進行轉換，令其與地理坐標相對應，將隧道中心點設置為隧道零點，完成上述一系列操作后，就可著手進行隧道工程建模工作[2]。

2.4 移動掃描技術影響地鐵隧道施工質量與進度

因地鐵隧道施工位于地下，若是采用傳統全站儀測量法，會令監測過程較為復雜，該方法也無法實現實時監測目標。而三維激光掃描儀體積小攜帶起來極為方便，且可以實現隨時監測隧道施工環境這一目標。合理應用這一技術令地鐵隧道監測工程監測手段更加多樣化，監測效率也得以大大提高，在監測時間方面耗時很短，為科學施工提供了嚴謹的數據支撐，為提高地鐵隧道工程施工質量與進度奠定了良好基礎。

3 結語

綜上所述，現階段，地鐵是我國城市交通必不可少的一員，保證地鐵安全、快速運營是事關民生的基礎工程[3]。因此，相關人員必須運用科學手段在地鐵設計及施工階段及時獲取隧道施工的相關數據，而移動掃描技術因操作方便快捷、測量精度高等優勢必然會成為未來一段時間主流測繪技術，應對其進行更深入的研究，以便為地鐵隧道監測提供必要數據支持。