三维激光扫描技术在地铁工程测量中的应用

三维激光扫描技术在地铁工程测量中的应用

摘要：随着我国铁路运输行业的不断发展，铁路运输的快速发展，对铁路建设项目的质量提出了更高的要求。在此基础上，本文介绍了在三维激光扫描技术的支撑下，在地铁工程中应用的具体实现。通过对点云的提取和绘制，可以实现对隧道中心线的自动生成，从而达到精确的三维模型。通过与试验数据的比较，得出了与常规方法比较，该方案具有很好的精度和实用性。

关键词：三维；激光扫描技术；地铁工程测量；应用

1引言

建筑工程行业在迅速发展的过程中，对于工程设计以及工程测量等提出了更高的要求和标准，建筑工程项目的施工建设，受外界环境以及人工要素的影响，容易导致各种工程风险的产生，因而在工程测量中要使用先进的技术、设备实施工程测量。地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用具有测量精度高和分辨率高等特点，主要用途是获取高精度高分辨率数字地形模型 ，属于高新技术的一种，在测绘领域中的应用效用突出。地面三维激光扫描是在激光高速扫描中完成工程测量，可以对监测对象表面扫描的三维坐标数据予以高分辨率、大面积的快速获取，对空间点信息能够进行大量的采集，并利用三维影像建模，因而具有测量主动以及实时动态监测的特点，关于地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用实效性和应用方法等均需要从实践分析的角度展开研究与探讨。

2现行地铁隧道测量方法

2.1传统全站仪测量法

利用传统的全站仪测量法，逐级设置控制点，对地铁站点和区间隧道的特征点进行采集，并根据施工单位的施工图纸，制作出相应的结果图。多人：每组最少3人（设站、前后视、分步测量）。效率相对较低：地底条件较差，灯光较暗，对仪器设置中整平、前后点的定位有很大的影响，增加了导线的测量难度，使测量的效率受到很大的影响。测量精度很难控制：由于不能精确地确定隧道的直缓点、缓冲点和顶点的位置，因此，在碎步测量中，只有增加采集密度才能进行补偿。作业人员的安全隐患较多：站台本体中有许多未被发现的孔洞，地上堆积着各种杂物，给碎步测量工作带来了更大的安全风险。

2.2新型测量技术

(1)由于摄影测量对周围光照的要求较高，使其在隧道工程中的应用受到很大的限制。(2)激光隧道断面仪能够直接采集到隧道剖面，但一次架设只能得到一个剖面，而对长度和采集密度要求较高的隧道，则需要较长时间的探测。(3)隧道边界检测车能够快速、动态地获取等间距隧道横截面，但由于成本较高，且仅在铺设完轨道后方可使用，国内已有应用。

3三维激光扫描技术的内涵概述

3.1技术原理分析

三维激光扫描仪技术在应用领域中的应用越来越广泛，具有广泛的应用前景。然而，三维激光扫描仪的工作方式与传统的工程制图技术有很大的不同，它能够对大量的数据进行高精度的重复采集，进而获得三维空间坐标，从而提高了测量精度。三维激光扫描技术是利用内测仪器对测距点进行测量，利用纵向和横向两个角度来确定被测点的三维空间坐标。另外，它还能够根据测量点的能量变化，对色彩信息进行精确的分析和判断。测定点的计算公式： X= Scosα COSβ； Y= Scosα sinβ； Z= Sinα。使用这种方法，在测量点的

三维空间坐标数据时，必须先考虑到仪器和测点的间距，而使用不同的测距方法，同样的测距方法，其精度也会有差异。因此，必须依据激光三维扫描技术的系统原理，选择最优的测距方法，进而提高仪器的精度。

3.2数据处理的特点与技术

在当前应用三维激光扫描仪的时候，采用了 LiDAR技术，确保了测量技术与数字传输装置的数据相结合，实现了对数据的集中处理。在这一过程中，需要将数据处理方式和云端数据网的信息内容相互融合，并将点阵和遥感数据结合起来，以增强数据流的目标价值。

4三维激光扫描技术在地铁工程测量的应用

4.1点云数据采集

建立隧道参考点必须对点云数据进行一系列分析，并通过点云数据的分析来实现有效的转化，使其在相应的坐标中得到更好的实现，尤其是对于高程、边界点等重要的数据，更要重视，以便为下一步的工程施工提供更精确的资料。本论文所采用的测量方法是按照城市轨道交通工程施工标准进行的。在实际的地铁隧道（地下空间）测量中，每个测量项目都必须保证有三个以上的控制点，通过三维激光扫描仪获得特定的控制点坐标。另外，在轨道交通控制点上方放置一块大的靶球，以实现对目标的精确定位。此外，为了保证两个相邻的两个站都可以同时进行扫描，方便数据的拼接。本论文根据两个测点在扫描时的目标球，将多个站点的点云数据精确地拼接在一起，将中间站点设置为一个完整的标准站点，再通过点云数据处理软件进行相应的拼接。

4.2数据处理

在数据的处理上，有四个方面的内容。首先是点云的拼接和噪点的处理，LeicaP40的3D激光扫描器配备了专用点云处理软件，能够实现对站点的数据进行拼接，而噪声的处理则是通过 Cyclone软件来消除噪声。其次是建立三角网格模型，这是资料处理过程中的一个关键部分，利用 Geomagic软件选择适当的参数，建立一个三角形网格模型，将点云与全站仪的实测资料进行比较，从而评价该工程的测量精度和可靠性。要求使用三维激光扫描法获得的数据和全站仪器的测量值之间的偏差不大于2。最后，对中线和剖面输出进行了研究，在此基础上，提出了一种基于 DWG的方法，即在每个间隔两个圆环的情况下，将其输出为 DWG。最后是关于半径的测量，采用CAD软件输出三维模型，并以断面图的中心点位基点分别向正上、正右、正左、左45°、右45°这五个方向测量半径。

4.3隧道中心线生成

根据相关施工行业规范和相关资料，点云断面控制的先决条件是采用中线，而中线数据的准确性将直接影响到后期的分析结果。首先，采用了隧道的有关资料，也就是采用了三维激光扫描技术获得的隧道设计平面和纵向/横向曲线，从而获得了一系列的数据。竖向曲线是指在纵剖面上相邻两条纵线的交叉点，为使车辆平稳行驶，而横向曲线则是在直角上的连接线。

4.4精细三维建模

利用地面激光三维扫描技术，采集了地铁大楼的三维有关点云、视频资料，生成了高精度的三维立体模型，并对其进行了三维立体建模。该方法采用图像纹理的映射效应，实现了彩色三角形网格的自动分割，并采用多种颜色三角形网格，采用多块彩色三角形网格进行边缘锐化，同时采用多块不同颜色的三角形网格，并采用多块不同颜色的三角形网格，并采用不同颜色的网格进行拼接，从而达到一个标准的立体立体模型。

4.5技术优势

地面三维激光扫描技术在工程测量中的应用具有鲜明的技术优势，相较于传统的工程测量技术，地面三维激光扫描技术先进，并且能够在三维形式的坐标测量和分析中，完成数字建模。地面三维激光扫描技术对工程测量中存在的限制性问题也能够集中克服，受时间限制较小，对全部的工程建筑物均能够实现空间扫描，获得的三维坐标数据也较为精确，另外，还可以在高精度的快速扫描中，及时获取建筑工程项目的内部细节特征，完成信息转换后即可处理云数据。

5结语

总之，三维激光扫描技术在地铁工程测量工作中有着显著的优越性，它不但可以适应于各种复杂的工作环境，还可以获得较高的数据准确度和较高的工作效率，可以迅速建立起三维数据模型，为地铁工程的建设工作提供了有益的借鉴。与传统的测量方法相比，三维激光扫描仪更能满足现代工程设计、施工、特别是大型设备和复杂环境的测量工作。

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