三维激光扫描监测基坑变形分析

作者:葛纪坤;王升阳 刊名:测绘科学 上传者:任培龙

【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Leica Scanstation C10型扫描仪获取大量基坑围护墙体的点云数据,经过点云处理并建模,采用Geomagic Studio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2D局部变形。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。

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第 39卷第 7期 2014年 O7月 测 绘科 学 Science of Surveying and M apping Vo1.39 No.7 Ju1. 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 315041) 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 Leica Scanstation ClO型扫描仪获取大量基坑围护墙体 的点云 数据 ,经过点 云处理并建模 ,采用 Geomagic Studio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 2D局 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1 P234.1 【文献标识码】A 【文章编号1 1009—2307(2014)07—0062—05 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 术 ,被 称 为 “实 景 复制 技 术 ”,又 被 誉 为 “继 GPS 技术以来测绘领域的又一次技术革命”_1]。从地面 型三 维激 光 扫 描 的 测 量 原 理 与 测 量 过 程 可 知 ], 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 监测领域关注的热点之一 ]。 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 作者简 介 :葛 纪坤 (1968),四川都 江 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 。 E-mail:540203892@ qq.corn 收 稿 日期 :2012-9—25 光脉冲测距法。激光脉 冲测距 法又称为时 间漂 移 测 距 法 (Time of flight,TOF), 即使 用 仪 器 内 部 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 冲信 号 (见 图 1)。通 过计 算 发射 激光 脉 冲 到接 收 其 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 : s一 ㈩ 式 (1)中 ,s表示 扫描 距 离 ,C表 示 光速 ,t表示 脉 冲 信号 的往 返时 间差 。 其 测 量 原 理 为 :三 维激光 扫 描仪 通 过采

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