移动扫描技术在地铁隧道监测中的应用

杨勇 侯忠山

中铁第六勘察设计院集团有限公司 天津 300000

在我国大中型城市中，地铁已成为解决城市交通拥堵的重要手段，大部分城市都已建设起规模相当庞大的地铁工程[1]。但同时，因地铁工程建立在地下，为保证其隧道结构的稳定性，令地铁得以安全运营，必须运用现代测绘技术对其进行科学监测。传统地铁隧道监测手段监测过程极为复杂且周期较长，为解决这一问题，移动扫描技术应运而生，在操作难度、监测精度方面都有了长足进步。

1 移动扫描技术定义与特点

1.1 定义

移动扫描技术也称为三维激光扫描技术，在各种工程建设项目中应用十分广泛，在地铁隧道建设工程中，主要用于隧道变形情况的监测。在应用这一技术时，应先布置好监测基准网，并每隔一段距离设置起激光反馈观测点，再利用激光扫描装置对隧道进行系统而快速的扫描，同时将所得数据整理分析后，建立起关于地铁隧道的三维模型以便工作人员进行综合分析。移动扫描技术相比于传统测绘技术具有很大优势，科技含量很高，在地铁隧道监测工作中采用非接触式高速激光测量能够获得更加精准的数据。

1.2 移动扫描技术特点

移动扫描技术在监测地铁隧道工作中主要有以下优势：

一是效率高。传统地铁隧道监测手段如全站仪监测方法用时相对较长，而移动扫描技术所用时间仅是传统监测方法的几十分之一，且虽然该技术耗时短却不会影响到其测量精度。尤其是在地形结构相对复杂的区域，移动扫描技术监测优势更为明显。

二是三维可视化。利用移动扫描技术监测地铁隧道，能够快速获得隧道内部精确信息，再利用系统软件将信息转化为三维图像，这样一来，就能够更加充分地反映隧道本身特点，令工作人员观测起来更加便捷。

三是测量安全稳定，精度均匀。移动扫描技术在应用过程中一般是用扫描仪进行自动识别，而对操作人员依赖较小，这就大大降低了人为因素在测量过程中造成的误差，令测量精准度更高。且移动扫描技术获取数据密度较大，这令其构建的三维立体模型完整性与连贯性都较强。

四是监测数据更加全面。鉴于移动扫描技术优势，能够对地铁隧道内部每一区域的沉降及结构变形等情况进行详细、直观的了解，而不至于漏掉任何细微之处，这样就可使获得的数据信息更加全面。

2 移动扫描技术在地铁隧道监测中的应用

2.1 设计科学测量方案

移动扫描技术需要进行分测站测量，因此，工作人员应测量高程与平面控制两方面的数据，再以此为基础开展平差计算工作，这样就可获取更加准确的控制点坐标。且应在测量过程中灵活布设测量导线位置，并令观测点均匀分布在导线周边，应使观测点保持一定密度以提高测量精确性。此外，在高程测量中以二等水准测量方法为主且应注意观测顺序，一般来说，偶数站以前—后—后—前顺序进行观测，而奇数站以后—前—前—后为佳。

2.2 外业扫描作业

在进行地铁隧道移动扫描监测工作时，应选用APM法进行定位，一般应在隧道中间位置设置扫描仪，并在扫描仪左右5-6m处设置球棱镜，同时设定科学参数再展开扫描工作。随后相关人员再分别对扫描仪与球棱镜进行测量，以实现绝对定位及定向工作。在扫描过程中为减小误差应注意以下几点：①扫描仪必须居于隧道中间位置，并距离地面1.6m以上，且保证测站间距在30m左右；②在设置扫描仪操作面板时，应保证各个测站的面板方向一致，这样点云数据才能够更加精准。③设置统一的扫描仪参数，质量4×，分辨率为1/5，同时关闭倾角仪传感器。

2.3 应用于隧道建模工作中

运用移动扫描技术对地铁隧道进行数据监测完毕后，还需要进行曲面重构工作。利用移动扫描技术能够获得地铁隧道工程点云数据，再利用相关软件清除数据中一些影响较小的点，同时完成去除噪声工作，再利用计算机对数据进行着色与渲染以及对齐精简等操作，精简程序对应的是没有处理过的点云数据，将这些数据每n个点中仅保留一个即可，然后按照规定距离对其进行精简。在这一环节，因扫描仪给出的坐标只是一个相对坐标，故需要对点云数据坐标进行转换，令其与地理坐标相对应，将隧道中心点设置为隧道零点，完成上述一系列操作后，就可着手进行隧道工程建模工作[2]。

2.4 移动扫描技术影响地铁隧道施工质量与进度

因地铁隧道施工位于地下，若是采用传统全站仪测量法，会令监测过程较为复杂，该方法也无法实现实时监测目标。而三维激光扫描仪体积小携带起来极为方便，且可以实现随时监测隧道施工环境这一目标。合理应用这一技术令地铁隧道监测工程监测手段更加多样化，监测效率也得以大大提高，在监测时间方面耗时很短，为科学施工提供了严谨的数据支撑，为提高地铁隧道工程施工质量与进度奠定了良好基础。

3 结语

综上所述，现阶段，地铁是我国城市交通必不可少的一员，保证地铁安全、快速运营是事关民生的基础工程[3]。因此，相关人员必须运用科学手段在地铁设计及施工阶段及时获取隧道施工的相关数据，而移动扫描技术因操作方便快捷、测量精度高等优势必然会成为未来一段时间主流测绘技术，应对其进行更深入的研究，以便为地铁隧道监测提供必要数据支持。