三维激光扫描监测基坑变形分析_葛纪坤.doc

三维激光扫描监测基坑变形分析_葛纪坤 第３９卷第７期２０１４年０７月 测绘科学 ｉｅｎｃｅｏｆＳｕｒｖｅｉｎａｎｄＭａｉｎＳｃ ｙｇｐｐｇ　 Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．７ Ｊｕｌ ． 三维激光扫描监测基坑变形分析 葛纪坤，王升阳 ）（宁波市测绘设计研究院，浙江宁波　３５０４１１ 摘　要：为解决传统基坑监测技术无法对基坑整体变形进行有效分析的问题，本文提出地面三维激光扫描技术应用于基坑监测的方法。该方法使用ＬｉｃａＳｃａｎｓｔａｔｉｏｎＣ１０型扫描仪获取大量基坑围护墙体的点云数据，经过点ｅ　　云处理并建模，采用ＧｅＤ局ｏｍａｉｃＳｔｕｄｉｏ软件对点云模型进行变形分析，得到基坑围护墙体的３Ｄ整体变形和２　ｇ部变形。通过和传统的测斜数据进行对比，两种监测技术在变形量上有较大偏差，对产生偏差的原因进行了简单的分析。为了提高三维激光扫描技术的监测精度，文章最后提出了相应的解决措施。关键词：三维激光扫描；基坑监测；点云；三维建模；模型分析 【（）中图分类号】Ｐ文献标识码】Ａ 　【文章编号】１３４．１ 　【０９０７２０１４０７６２０２２３０００５－－－ １　引言 随着现代化事业的快速发展，城市化进程的不断加快，我国的基坑工程得到迅猛发展。由于基坑工程是一项涉及到岩土工程、地质工程、结构工程等多种交叉学科的复杂系统工程，同时其多数位于人口密集、高楼林立的城市中心地带，因此它的安全状况受到人们的广泛关注，如何对基坑进行快速、有效的监测是测绘领域的一个研究热点。三维激光扫描技术是一门新兴的测绘技，又被誉为“术，被称为“实景复制技术”继ＧＳＰ ［１］ 。从地面技术以来测绘领域的又一次技术革命” ］２４－ ，型三维激光扫描的测量原理与测量过程可知［ 光脉冲测距法。激光脉冲测距法又称为时间漂移，Ｔ，即使用仪器内部测距法（ｍｅｏｆｆｌｉｈｔＯＦ）Ｔｉ　　ｇ的激光脉冲二极管发射的高精度激光脉冲，通过旋转棱镜使其射向被扫描目标，后通过仪器内部的激光脉冲接收器，采集并记录被反射回来的脉）。通过计算发射激光脉冲到接收其冲信号（见图１反射信号的时间差来计算仪器到扫描目标的距离，其测距公式为： （）ｔ１ ２ ）式（中，１ｓ表示扫描距离，ｃ表示光速，ｔ表示脉冲 ｓ＝ 信号的往返时间差 。 其测量原理为：三维激光扫描仪通过采集得到测距观测值Ｓ，激光脉冲横向扫描角度观测值α和纵向扫描角度观测θ。而三维激光扫描仪扫描时采用的坐标系为 仪器坐标系统，其定义为：坐标原点位于激光束发射处；Ｚ轴位于仪器的竖向扫描面内，向上为正；Ｘ轴位于仪器的横向扫描面 三维激光扫描以格网扫描方式，高精度、高密度、高速度和免棱镜测量地面点，具有高时间分辨率、高空间分辨率和测量精度均匀等特点。由于其技术上突破了传统的单点测量方法，是国内外变形 ５］ 。监测领域关注的热点之一［ 图１　脉冲式测距原理 ２　三维激光扫描仪简介 ２．１　三维激光扫描仪的工作原理 目前，市场上主流三维激光扫描仪是采用激 ，四川都江作者简介：葛纪坤（１９６８）堰人，高级工程师，主要从事工程测量研究、地理信息数据更新维护。：５ａｉｑ．ｃｏｍＥ???ｍｑ收稿日期：２０１２９２５－－ 内与Ｚ轴垂直，且垂直于 物体所在方向；Ｙ轴位于仪器的横向扫描面内与Ｘ 图２　三维激光扫描仪 坐标系 轴垂直，且与Ｘ轴、Ｙ 轴一起构成右手坐标系，同时Ｙ轴正方向指向物 ６］ （）。见图２体［ 第７期葛纪坤等　三维激光扫描监测基坑变形分析 ２２２２２ ｍｍｘｆｆαｆβｘｓｓｘｘ ２２２２２ ｍｙ＝ｆｆαｆβｓαｙ×ｍｙｙ ２２２２２ ｍβｍｚｆｆαｆβｚｓｚｚ 其中由上式可得： ６３ 由图２可知三维激光扫描仪点云坐标计算公 ７］ ：式为［ （）４ ｘ＝Ｓｓｉｓｉｎｎθαｓｉｃｏｎｓθαｙ＝Ｓ （）２ｚ＝Ｓｃｏｓθ ２．２　三维激光扫描仪的工作特点 ）快速性：现代三维激光扫描仪最快可达每１秒几十万点，可以快速采集成百上千万的空间信息，大大提高了外业数据采集效率。因此，与传统的基坑变形监测不同的是，三维激光扫描技术可以快速采集基坑的整体变形信息，摆脱了传统基坑变形监测的局限性。 ）非接触性：三维激光扫描系统采用非接触２ 扫描目标的方式进行测量，不需