摘要：基坑变形监测工作是确保工程安全的重要措施，能够准确获取基坑变形的相关数据，为后续工作提供有利依据。而三维激光扫描技术作为一种新型的测绘技术，在基坑变形监测中的应用存在一定的局限性，很容易受到客观因素的影响造成数据误差等不利现象，不利于基坑变形监测工作的有效进行。鉴于此，本文就针对三维激光扫描技术在基坑变形监测中的应用进行深入分析，希望能为三维激光扫描技术在基坑变形监测中的应用提供有效参考依据。
关键词：三维；激光扫描；基坑变形；监测
近年来，经济的高速发展，城市建设中基坑工程项目繁多，为保证建设过程中人员和财产的安全，基坑监测意义重大。在现行的基坑监测中，仍以传统的测量仪器和方法为主。在基坑监测过程中，特别是城市中心的基坑，由于施工场地小，各种材料堆积，人员的高流动性，很容易造成监测点的破坏和遮挡，给监测工作的开展带来极大的不便，劳动强度大，并且效率低下。另外，传统监测手段是单点式监测，其监测点少，难以发现无监测点区域的变形情况，而一旦破坏会严重影响成果的连续性。三维激光扫描系统以其高精度，高效率，无需接触目标物就可以获得被测量物体表面大量的三维点云数据，改变了传统的单点变形观测模式，使传统的“点测量”方式变为“面测量”方式。因此，将三维激光扫描技术应用于基坑监测工作，具有传统测量方法无法比拟的优势，具有重要的现实意义。
一、 三维监测技术简介
三维激光扫描技术是一种新兴的现代化信息获取手段，其原理是通过高速扫描仪，向被测物体以高频率发射激光束，获取其反射信号并成像的一种技术。反射信号经过机内处理，转换为带有三维坐标的海量点数据，一般称之为“点云”，点云数据经过三维建模软件处理之后，可以构建目标的三维模型供后期进一步处理使用。为了提升基坑监测工作至更全面，更高速，更现代化的的水平，尝试将三维激光扫描技术应用于这一变形监测中。尝试选取市区中某商业综合体三层地下室的基坑工程，在其施工过程中，使用 Ｒiegl 三维激光扫描仪配合徕卡 TS30 全站仪进行三维监测工作。监测工作的总体思路如下：首先研究基坑工程的总体设计方案及施工组织，在此基础上选取监测范围；随后开展监测方案制定工作，选取合适的仪器及布设方法；在获取数据后使用三维建模软件建立基坑支护结构的三维模型，进行对比及分析工作，并与深层土体侧向位移等其它项目进行对比与验证。
二、 三维激光扫描步骤
扫描工作以分为以下几个步骤：1）监测方案制定及基准点布设根据设计图纸及现场的实际情况，通过踏勘确定控制点的位置。控制网相互之间通视并覆盖扫描区域。用全站仪进行控制测量，重点是精确获取标靶的中心点坐标，用于后期的拼接和坐标归化。2）设站扫描时根据需要选择不同的分辨率，采用高分辨率对标靶进行局部扫描，用相对较低的分辨率进行全景扫描。3）点云数据过滤扫描获得的数据是带有三维坐标的点云数据，为了建立基坑的三维模型，需要进行滤波处理，删除非量测区域的数据，并适当降低点云的密度，提高建模效率。同时，对标靶的中心点进行拟合，输入全站仪测得的坐标，通过标靶中心点坐标将点云数据归化到工程坐标系中。4）三维模型建立将经过滤波、配准后的点云数据，导入三维建模软件，建立支护结构的三维模型。
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二、三维激光扫描技术在基坑变形监测中的应用分析
2.1 数据采集和处理
在利用三维激光扫描仪进行基坑变形监测的时候，工作人员需要根据实际情况对三维激光扫描技术和传统测量技术进行结合运用，并事先准备好三维激光扫描仪、全站仪设备、HDS3 英寸标靶、相匹配的处理软件 Cyclone 和Geomagic 等等。在进行基坑变形监测过程中，工作人员需要在不影响工程施工的条件下，将 HDS3 英寸标靶安装到基坑的中间，继而在施工坐标系的基础上利用全站仪设备对 HDS3 英寸标靶和测站点进行监测，准确获取其三维坐标，之后就要通过三维激光扫描仪以中等密度的扫描方式对监测墙体和标靶进行扫描，在数据采集工作完成后，可以在点云的处理流程中进行简单的概括，并利用 Cyclong 软件对三幅点云进行组合拼接，科学控制拼接精度，在去除噪点之后进行建模操作，从而获取基坑内部支护结构的点云图。
2.2 点云模型的变形分析
点云模型的变形分析主要分为3D 模型分析和 2D 模型分析，通过模型的分析能够准确了解基坑变形的实际情况，为后续工作提供有利依据。
（1）3D 模型分析
在进行 3D 模型分析过程中，可以利用Geomagic 软件对点云数据进行处理和分析，通过示图颜色直接展示出支护结构的变形量。同时，利用 Geomagic 软件中的点云模型对支护结构的变形量 3D 图进行分析，能够得到变形量的百分比数据表和模型分析表，对两表进行分析就可以准确了解变形分布的具体区域，根据施工现场的实际情况就可以有效判断基坑变形的具体原因和变形情况。
（2）2D 模型分析
在进行 2D 模型分析过程中，可以利用Geomagic 软件在变形量 3D 图中选取基坑变形位置的剖面 3D图，之后对变形较明显的剖面进行放大并进行测量，就可以准确了解到变形量的最大值和分布位置，从而根据基坑内侧的变形方向、变形程度判断出变形原因和变形程度。
2.3 注意事项及对策
在利用三维激光扫描技术进行基坑变形监测的时候，点云的精度比较容易受到扫描距离的影响，一旦距离过大就会造成严重的数据误差问题，所以在进行扫描工作的时候，需要做好现场的检查工作，根据扫描现场对扫描距离进行合理控制，尽量确保扫描距离在 50m 以内，从而有效保证三维激光扫描仪的扫描精度，使数据质量得到有效保障。同时，为保证后视点和测站点的坐标精度，可以选择水准仪和全站仪设备进行后视点和测站点的测量工作，通过多次测量将数据的平均值作为后视点和测站点的坐标，从而有效保证数据质量。此外，在进行标靶扫描的时候，尽量选择小间距、高精度的点云扫描模式进行精细扫描，从而有效提高标靶中心点的坐标精度，使基坑变形监测更具有精确性和完整性。
三、 结束语
综上所述，为提高三维激光扫描仪在基坑变形监测中的应用效果，工作人员应根据现场情况对三维激光扫描技术和传统测量技术进行结合运用，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、点云模型的变形分析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：
[1]张智华.三维激光扫描技术在基坑变形监测中的应用浅析[J].科学技术创新，2018（01）
[2]杨李龙.三维激光扫描技术在基坑变形监测中的应用[J].工程技术：全文版，2017（1）
论文作者:王巍
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/28
标签：基坑论文; 激光论文; 模型论文; 数据论文; 技术论文; 工作论文; 坐标论文; 《建筑模拟》2018年第3期论文;