摘要：三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。
关键词：三维激光扫描；隧道；变形监测
三维激光扫描技术又被称为实景复制技术。它是利用激光测距的原理，记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息。结合计算机视觉与图像处理技术，将其扫描结果直接显示为点云（pointcloud：无数的点以测量的规则在计算机里呈现物体的结果），可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉。因此，三维扫描技术在测绘领域被誉为“继GPS技术之后的一次技术革命。
一、工程实例
彭埠单元C2-30地块项目杭州地铁1号线火车东站-彭埠站区间上行线自动化监测，C2-30地块位于彭埠单元范围内，东至创新路，南至规划居住用地，西至二号港规划绿化带，北至鸿泰路。规划用地面积为0.79公顷。总建筑面积为37142.84m2，其中地上建筑面积25180m2，地下建筑面积11962.84m2，基坑长和宽分别为121.6米，34.45米。拟建建筑为1幢12层地下3层建筑，框剪结构，基础采用钻孔灌注桩桩基。基坑周边开挖深度为12.95m、13.35m，局部挖深15.70m。基坑北侧（靠近地铁1号线）围护采用1000mm厚地下连续墙，地下连续墙深度为44~46米不等。其它位置围护采用Φ1000@1200灌注桩，结合三道钢筋混凝土支撑，止水采用Φ850@600三轴水泥搅拌桩。
二、自动化监测情况
按照基坑尺寸123米和两边各延伸40环计算，该项目地铁隧道实际监测范围为218米，约182环，每5环设一断面，隧道上行线共36个监测断面。每个断面设立3块棱镜，分别位于管片中腰两侧（测试管径收敛）及道床上（测试隧道水平位移及垂直位移）沿全站仪视线方向错开，且镜面垂直于全站仪视线。
盾构上行线区间基准点分别为两组共8个棱镜，分别设置监测区域两端隧道管壁的两侧，本项目水平位移监测采用独立坐标系，以盾构监测区设工作基点为原点（
），以垂直轨行区并指下行线方向为X轴，指向隧道大里程方向为Y轴，垂直向上方向为Z轴。
2.1精度分析
在隧道内选取六个断面布设平面反射标靶，分别采用三维激光扫描仪与全站仪对各标靶进行扫描并提取中心点坐标，同时测量各标靶的中心点坐标，比较两者的精度，全站仪是传统的变形测量技术，其测量精度可作为基准参考。
图2各监测点累计变形情况成果图
三、自动化监测与人工数据监测对比分析
3.1可能的测量偏差
针对各方提出的监测数据偏大的情况，对可能出现的原因一一作了排查。根据基坑开挖情况及自动监测特性，初步列出几个可能的直接原因如下；采用的手段包括现场仪器的安装情况、模拟测试及现场人工校核测量等方法。
3.2仪器的安装检查
对监测区域内所有的后视棱镜、监测点棱镜、全站仪固定架等进行了全面检查。经检查，所有后视棱镜、监测点棱镜均安装牢固，棱镜准确对向全站仪方向。全站仪固定脚架与管片结合牢固，人为大力扳动脚架，其变形范围未超出全站仪自动补偿范围。
3.3模拟测试
为验证全站仪瞄准监测棱镜的角度发生变化的情况下，是否会导致仪器无法准确照准棱镜中心，我方在潮王人家办公楼地下车库进行了模拟测试。
测试结果显示，当全站仪照准方向变化小于8°时，坐标测量结果未出现显著变化，当照准方向变化大于8°时，角度变化越大，对坐标测量的影响越大，最大能达到6mm至8mm（具体量值与棱镜加工精度相关）。
离全站仪最近的监测点DMR18-R距离全站仪3.4m，当全站仪位置变化达到0.45m时，其瞄准全站仪的角度才能变化约8°。当前测量结果显示，全站仪位置最大变化约4mm，远小于0.45m，不会影响坐标测量结果。
3.5人工计算复核
为验证自动化监测系统计算的准确性，我方对3月13日第一次后方交会及第一次监测的成果进行了人工计算，后方交会及部分监测点人工计算成果与自动化监测系统计算结果对比情况见表1。
表1自动化监测系统计算与人工计算对比表
从表1可以看出，自动化监测系统计算值与人工计算值差值最大仅为0.2mm，无显著差异，可见自动化监测系统计算无误。
3.5人工监测复核
为验证自动化监测系统的可靠性及准确性，我方于3月15日组织了一次人工校核，人工校核仪器为与自动化监测同等精度的徕卡TS30全站仪，标称测距精度±（0.6mm+1ppm），测角精度±0.5″。
人工校核时，拆下自动化监测仪器，将人工监测仪器安装在自动化监测仪器相同位置。
为保证测量成果具有可比性，本次人工测量步骤与自动化测量步骤相同，首先进行后方交会，测量全站仪所在位置的精确坐标，人工后方交会坐标与自动化后方交会坐标对比结果见表2。
表2人工与自动化后方交会结果对比表
从表2可以看出，人工后方交会结果与自动化后方交会结果最大仅相差0.2mm，无显著差异，可见自动化监测系统后方交会结果准确无误。
人工交会完成后，经检查交会精度及残差，确认各后视点间内部符合性较好，排除有后视棱镜出现位移的情况，从另一个角度排除了原因。
后方交会完成后，进行坐标测量，部分监测点人工测量与自动化测量对比结果，由于人工测量较慢，选择了远距离和近距离部分监测点进行对比测量。
从以上可以看出，人工测量与自动化测量坐标差异最大为-2.5mm，且表现为离全站仪距离越远，差异越大，距离越近差异越小，与实测测量误差的规律相符。
离全站仪较近的断面DMR15~DMR20监测面最大仅为1.2mm，大部分测点差异小于0.5mm。可见，距离较近的情况下，人工测量与自动化测量成果无显著差异，当距离较远时，由于测量误差增大，两者间的差异增大。
更为重要的是，出现变形的DMR15至DMR18监测断面人工测量与自动化测量结果相当吻合，即人工测量也表明，上述断面出现了显著变形。
根据以上对比我们可以看出，自动化测量系统总体上与人工测量成果相符。
四、结束语
综上所述，经过现场检查、模拟测试、人工校核，及与基坑监测数据综合分析，基本排除测量本身原因，即自动化监测系统测量成果基本准确、可靠，能够真实反映隧道的变形情况。隧道内巡视检查未见明显裂缝及滴漏水等情况，工作人员应根据现场情况，准确掌握相关注意事项和应对策略，以此保证数据采集和处理等各项工作的顺利进行，使基坑变形监测的数据质量得到有效保障，有效确保基坑工程的安全性。
参考文献：
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论文作者:唐治海
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/11
标签：测量论文; 棱镜论文; 全站仪论文; 基坑论文; 坐标论文; 隧道论文; 断面论文; 《基层建设》2019年第17期论文;