本文關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)在地鐵隧道收斂變形監(jiān)測中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國地質(zhì)大學(xué)(北京)》 2012年

基于三維激光掃描數(shù)據(jù)的地鐵隧道變形監(jiān)測

托雷  

【摘要】：近年來，地鐵以其高效、節(jié)能和穩(wěn)定等優(yōu)勢，已逐漸成為大中城市的主要交通工具。但地鐵線路多分布在城市主要繁華區(qū)域，建筑和人群都較為密集，如不對地鐵隧道的安全問題給以足夠重視，勢必成為整個城市交通系統(tǒng)的隱患。因此，在地鐵隧道的實時安全監(jiān)測方面存在著巨大的技術(shù)需求；同時，考慮到如今地鐵運行時間長、發(fā)車頻率高，對監(jiān)測系統(tǒng)的模式和效率也提出了更高的要求。然而，目前地鐵隧道的變形監(jiān)測多數(shù)通過測量機器人完成，在提取隧道信息時數(shù)據(jù)量有限，人力成本高，本文提出一種基于三維激光點云的隧道斷面連續(xù)截取方法，可應(yīng)用于變形監(jiān)測中。 該方法以地面型激光掃描系統(tǒng)采集的三維點云為數(shù)據(jù)源，共分為4部分：狹長結(jié)構(gòu)點云拼接、中軸線提取、基于鄰域局部曲面擬合的斷面截取和基于三次樣條函數(shù)的形變曲線擬合。拼接過程針對隧道的狹長結(jié)構(gòu)特點，將傳統(tǒng)的相鄰站拼接改為區(qū)段控制拼接，即區(qū)段內(nèi)各站共用所有控制點，避免相鄰站間的誤差積累；隧道中軸線的提取通過隨機采樣一致性（RANSAC）算法和最小二乘平差算法完成；斷面截取過程先基于隧道軸線信息調(diào)整隧道姿態(tài)，再對隧道數(shù)據(jù)采取局部曲面擬合，其中引入了限制最小二乘算法、RANSAC算法和抗差估計。最后，運用三次樣條函數(shù)對形變量擬合形變曲線，并計算斷面點所擬合的圓的半徑，分析區(qū)段收斂變形趨勢。 針對本文所提方法，采用RIEGL VZ-400獲取的地鐵隧道點云數(shù)據(jù)進行了驗證，包括區(qū)段控制拼接實驗、擬合分析實驗和斷面截取效率實驗。區(qū)段控制拼接實驗在一個與隧道狹長結(jié)構(gòu)相似的110米長的走廊中進行，較好的解決了首尾站數(shù)據(jù)分層明顯的問題；擬合分析實驗中分別計算了斷面點的內(nèi)插精度和相鄰斷面的半徑差值，其中內(nèi)插點位與實際點位的最大偏差為1.5mm，最小偏差為0.1mm；并對相鄰斷面的半徑進行比較，平均差值3mm；斷面截取效率實驗證明單個斷面截取的平均用時不超過3秒鐘。驗證結(jié)果表明，本文所提出的方法在數(shù)據(jù)拼接和斷面截取方面均能達到工程應(yīng)用的精度要求，能夠快速準確的提取出隧道的形變信息；同時，，對比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式，三維激光掃描技術(shù)在數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)采集速度和人力要求等方面都具有比較明顯的優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TP391.41;TP274
【目錄】：

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