三維激光掃描儀在深基坑監(jiān)測中的應(yīng)用

周振興

【摘 要】深基坑監(jiān)測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)作為一種新型的測繪技術(shù)，在基坑變形監(jiān)測中有著廣泛的應(yīng)用，但同時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)測工作的有效進行。鑒于此，下文針對三維激光掃描儀在深基坑監(jiān)測中的應(yīng)用進行深入分析，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；應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，城市化發(fā)展進程不斷加快，我國深基坑工程施工和監(jiān)測有了很大的發(fā)展。在現(xiàn)階段基坑技術(shù)運用及優(yōu)化的同時，應(yīng)該應(yīng)用測繪領(lǐng)域的新技術(shù)、新方法，通過三維激光掃描技術(shù)的運用，可以為工程測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)測量儀器，采用非接觸式高速激光測量方式，以點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距系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)和支架系統(tǒng)，同時也集成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脈沖測距法（Time of Flight），是一種高速激光測時測距技術(shù)，采用脈沖測距法的三維激光點坐標(biāo)計算方法，如圖1所示。三維激光掃描儀通過脈沖測距法獲得測距觀測值S，精密時鐘控制編碼器同步測量每個激光脈沖橫向掃描角度觀測值α和縱向掃描角度觀測值θ。三維激光掃描測量一般使用儀器內(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P坐標(biāo)（Xs，Ys，Zs）的計算公式：

二、三維激光掃描技術(shù)在基坑監(jiān)測中的應(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行基坑變形監(jiān)測的時候，工作人員需要根據(jù)實際情況對三維激光掃描技術(shù)和傳統(tǒng)測量技術(shù)進行結(jié)合運用，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。在進行基坑變形監(jiān)測過程中，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HDS3英寸標(biāo)靶和測站點進行監(jiān)測，準(zhǔn)確獲取其三維坐標(biāo)，之后就要通過三維激光掃描儀以中等密度的掃描方式對監(jiān)測墻體和標(biāo)靶進行掃描，在數(shù)據(jù)采集工作完成后，可以在點云的處理流程中進行簡單的概括，并利用Cyclong軟件對三幅點云進行組合拼接，科學(xué)控制拼接精度，在去除噪點之后進行建模操作，從而獲取基坑內(nèi)部支護結(jié)構(gòu)的點云圖。

2.2點云模型的變形分析

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

2.2.1 3D模型分析

在進行3D模型分析過程中，可以利用Geomagic軟件對點云數(shù)據(jù)進行處理和分析，通過示圖顏色直接展示出支護結(jié)構(gòu)的變形量。同時，利用Geomagic軟件中的點云模型對支護結(jié)構(gòu)的變形量3D圖進行分析，能夠得到變形量的百分比數(shù)據(jù)表和模型分析表，對兩表進行分析就可以準(zhǔn)確了解變形分布的具體區(qū)域，根據(jù)施工現(xiàn)場的實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

在進行2D模型分析過程中，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，之后對變形較明顯的剖面進行放大并進行測量，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注意事項及對策

在利用三維激光掃描技術(shù)進行基坑變形監(jiān)測的時候，點云的精度比較容易受到掃描距離的影響，一旦距離過大就會造成嚴(yán)重的數(shù)據(jù)誤差問題，所以在進行掃描工作的時候，需要做好現(xiàn)場的檢查工作，根據(jù)掃描現(xiàn)場對掃描距離進行合理控制，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，在進行標(biāo)靶掃描的時候，盡量選擇小間距、高精度的點云掃描模式進行精細(xì)掃描，從而有效提高標(biāo)靶中心點的坐標(biāo)精度，使基坑變形監(jiān)測更具有精確性和完整性。

三、結(jié)語

綜上所述，為提高三維激光掃描儀在深基坑監(jiān)測中的應(yīng)用效果，工作人員應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況對三維激光掃描技術(shù)和傳統(tǒng)測量技術(shù)進行結(jié)合運用，準(zhǔn)確掌握相關(guān)注意事項和應(yīng)對策略，以此保證數(shù)據(jù)采集和處理、點云模型的變形分析等各項工作的順利進行，使基坑變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)質(zhì)量得到有效保障，確?；庸こ痰陌踩?。

【參考文獻】

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