基于三維激光掃描儀技術(shù)的地鐵限界測量應(yīng)用

【摘要】本文通過利用三維激光掃描儀對地鐵隧道軌道交通工程進(jìn)行限界測量項目實例，對點云數(shù)據(jù)采集流程及處理方法進(jìn)行研究與分析。對于地鐵隧道的施工限界測量、竣工限界測量、運營維護(hù)檢測具有一定的參考價值。

【關(guān)鍵詞】三維激光掃描技術(shù);點云數(shù)據(jù);限界測量

1、引言

隨著城市交通的不斷發(fā)展，地鐵軌道交通成為不可或缺的一部分。其路線也在不斷增多，這無疑對地鐵軌道交通的日常運維效率要求越來越高[1]。鐵路的行車安全需要愈發(fā)重視，而限界測量是保障地鐵安全運行的重要部分，如何高效且保質(zhì)的完成限界測量成為一個值得研究的問題。隨著三維激光掃描技術(shù)的不斷發(fā)展，其自動化、數(shù)據(jù)密度大[2]、精度高、非接觸性[3]等優(yōu)點使得其成為測繪技術(shù)成果里的又一項突破。

2、點云數(shù)據(jù)采集

2.1 控制點布設(shè)

為了滿足測量需求，使得所有掃描目標(biāo)都能被覆蓋在掃描站掃描范圍內(nèi)，掃描站位置就要均勻的選取在視線開闊無遮擋，且地面狀態(tài)穩(wěn)定的安全區(qū)域內(nèi)，還需要盡可能少的布設(shè)掃描站。但是，當(dāng)測量環(huán)境比較困難，如測量目標(biāo)結(jié)構(gòu)繁復(fù)、線路因出現(xiàn)拐角或者遮擋而通視困難或無法通視時，可以選擇搭建穩(wěn)定平臺作為掃描站將掃描儀安置在上面進(jìn)行測量。

標(biāo)靶需要在掃描范圍內(nèi)高低錯落的均勻布置。每一掃描站應(yīng)擁有不少于4個標(biāo)靶，相鄰兩掃描站的公共標(biāo)靶個數(shù)不少于3個?？梢詫y區(qū)范圍內(nèi)的明顯特征點作為標(biāo)靶。

2.2 點云數(shù)據(jù)的采集

在進(jìn)行點云數(shù)據(jù)采集作業(yè)前，將儀器放置在觀測環(huán)境中30分鐘以上。掃描作業(yè)時，每兩個相鄰掃描站之間滿足不低于30%的有效點云重疊度，在困難區(qū)域滿足有效點云重疊度不低于15%。掃描站設(shè)有標(biāo)靶時，需要對標(biāo)靶進(jìn)行識別與精準(zhǔn)測量。

3、點云數(shù)據(jù)處理與分析

點云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)根據(jù)測量方法的不同，有控制點、標(biāo)靶、特征地物點三種選擇。其中，利用目標(biāo)點和特征地物點進(jìn)行點云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)時，需使用不少于3個的同名點建立點云配準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換矩陣。配準(zhǔn)后，同名點的內(nèi)符合精度需要滿足不低于1/2的特征點間距中誤差。

坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換是通過七參數(shù)模型進(jìn)行的，選取至少3個分布平均的同名點，轉(zhuǎn)換時應(yīng)選取固定的比例因子，轉(zhuǎn)換殘差小于點位相對于臨近控制點中誤差的1/2。小范圍或單個掃描目標(biāo)物采用一個已知點和一個已知方位進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。如圖1所示，為點云數(shù)據(jù)合并示意圖。

點云數(shù)據(jù)中會存在一些分離掃描目標(biāo)物的失常點、孤立點，需要利用濾波或人機(jī)交互的方法對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理。點云數(shù)據(jù)抽稀應(yīng)不影響目標(biāo)物特征識別與提取，利用人工提取方法進(jìn)行靶球提取。降噪效果對比如圖2、3所示。

結(jié)語：

三維激光掃描技術(shù)高精度、高密度、高效率等作業(yè)特點，使其成為地鐵限界測量一種全新的測量方式。本文通過利用三維激光掃描儀與全站儀對某地鐵隧道進(jìn)行限界測量，對三維激光掃描儀點云數(shù)據(jù)采集與處理流程及注意事項進(jìn)行介紹與研究。地面三維激光掃描技術(shù)在地鐵領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]周少平.三維激光掃描監(jiān)測地表沉降精度研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)，2017.

[2]張靖，張愛能，劉國棟.三維激光掃描儀技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用[J].西安科技大學(xué)學(xué)報，2014，34（02）：199-203.

[3]姜如波.基于三維激光掃描技術(shù)的建筑物模型重建[J].測繪通報，2013（S1）：80-83+120.

作者簡介：

龍忠（1991.01-），男，漢族，湖南岳陽，初級測繪師，本科，從事測繪方向。