摘要：随着轨道交通不断增多与运行速度大幅度的提高，对于轨道运动过程中所产生的一些影响和轨道限界检测的速度、质量提出了更高的要求。怎么精确、高效地采集到隧道断面数据，并根据采集的数据自动化地获取相关参数，在此基础上进行相关分析与应用。以上问题本文结合三维激光扫描技术，提供了基于地面三维激光扫描仪的一体化、智能化隧道（地下空间）限界检测应用整体解决方案。经验证，该解决方案数据采集效率高，能够提取更为准确的断面数据成果，并一键智能地输出符合工程标准的限界检测报表。
关键词：快速运营；隧道断面监测；激光断面仪；三维激光扫描技术
一、运营过程中产生哪些影响
当列车进入隧道时，原来占据着空间的空气被排开，空气粘性以及气流对隧道壁面和列车表面摩擦作用使别排开的空气不能像在隧道外那样及时、流畅的沿列车两侧和上部流动，形成绕流。因此列车前方的空气受压缩随之所产生特定的压力变化过程，引起相应的空气动力学效应。这种空气动力学效应将诱发地下列车在快速运营中产生与地铁隧道热环境有关的一些影响。
比如；行车阻力加大，引起列车动力和总能量消耗的特殊要求；由于行车阻力加大，引起的隧道内热量集聚和温度升高；列车冯加剧，影响隧道内通风和热量交换等。
列车进入隧道产生的空气动力学效应是由多种因素确定的，比如；机车车辆方面、隧道方面等等原因。
二、断面仪法
在地铁隧道开挖中，激光断面仪是一种利用先进技术来给出开挖中超欠挖对比检测报告的光机电一体化的产品。是通过以无合作目标中的激光测距技术与精密数字侧角技术相结合，再利用极坐标与先进的计算机技术紧扣，通过电脑控制软件和图像处理器来得到实际测量的数据并形成曲线图。这些实际测量数据会自动通过软件与原设计图进行对比，进而得到超欠挖数据报告。
在运用断面仪法进行隧道断面测量时，用仪器对隧道断面的起始、终止及其所测点数的设置是一项基本工作。在进行此项工作之前，施工人员要先保证一起测量头与隧道轴线是处于垂直。在这些都做好之后，就可以测量实际开挖的轮廓线了。
首先，以某物理方向为此次测量的起算方向，通过软件来控制测头，按顺序逐次测定仪器中心位置与隧道的实际开挖轮廓线以及矢径及其与水平形成的夹角，再将其相连从形成实际开挖的轮廓线。施工控制导线在对于断面仪的定点定向数据获得后，会将其反应到计算机上，计算机软件会自动实现实际与设计数据的对比，最后给出超欠挖图形。这种检测是否超欠挖，和超欠挖了多少的断面仪测量法在隧道开挖中非常有用，简单的操作能够让施工员易于掌握，减少了施工人员在对开挖数据测量时产生的误差，提高了测量的准确率。
但断面仪法也存在着一些优缺点。价格便宜，并且操作简单，是隧道开挖中断面仪法的优点之处，而且它对于技术作业人员要求也低；但有时也由于需要测量断面个数多而造成测量效率低，并且架站时需要放样出线路中线点，这是断面仪法的缺点之处。
三、三维激光扫描技术
三维激光技术区别于传统的单点定位测量、点线测绘技术以及摄影测量技术，具有以下特点
1、全数字特征，直接获取三维点坐标；无须太阳光或光线的特别角度；高精度高密度步进扫描测量；扫描距离长；快速高效获取数据等。国内外三维激光扫描仪已经被广泛被应用于文物保护、城市测量等。现阶段如何精确高效采集隧道断面数据及智能化进行隧道限界检测分析应用，三维激光扫描技术是有效的解决之道。
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2、在轨道隧道（地下空间）实际测量中，对于每个测量工程，需要保证两个以上控制点，并采用传统的测量方式获取控制点坐标。此外，在隧道控制点上方架设大靶球，整平对中控制点，用于点云拟合获取大靶球中心点坐标，便于进行坐标转换。通过坐标转换参数，将点云坐标转换为大地坐标。至此，完成点云数据的预处理。此技术已经用于实际地铁隧道限界检测项目，为隧道检测、监测、维护管理提供高效可靠的检测和分析手段。整体来说，该解决方案利用地面三维激光扫描技术，结合自主研发的海达三维激光点云处理软件及隧道限界分析处理软件进行大数据点云分析，智能地生成隧道中心轴线及进行断面分析，在提高作业效率的同时提取出了更为准确的断面成果数据及相关符合行业标准的表格。此外，结合各项成果还可以进行后续的隧道模型构建，以及隧道变形分析和隧道信息挖掘等相关的应用。
三维激光扫描仪测量是近年来的一种新型测量技术，其高效率、高精度的优势打破了传统的单点测量法。三维激光扫描仪能够获取到被测物体表面三维坐标和反射光强度，这些动作靠是三维激光扫描仪通过发射激光来完成的，同时它也是无接触式主动测量系统。其利用三维激光扫描仪进行隧道断面测量可按照如下步骤进行。
（1）根据激光扫描仪的性能参数以及现场扫描站之间的间距，扫描点的密度对隧道内导线与水准测量进行设计方案，确保测站点间有一定的扫描重叠度。
（2）进行三维坐标的传递，这一动作可通过扫描仪特有的标靶来完成。
（3）同步对隧道进行三维激光扫描，获取云数据。
（4）数据需要进行预处理，只需计算标靶三维坐标，然后将每个测站点的点进行云数据归算，最后剔除噪声数据即可。
（5）数据预处理后进行三维模型建立。
（6）最后一步，进行断面分析，软件将自动形成断面超欠挖分析图及报告。
虽然三维激光扫描仪法具有工作效率高、测量精度准确、自动化程度高以及数据信息量大的优点，但其成本非常高，并且它的操作难度也相当高，故对于操作人员的技术要求也必定是高的。
四、如何根据现场选择测量方法
在对操作人员无太高要求，且当外业高密度采集量小，数据信息量不大时，可采用断面仪法和全站仪法，这两种测量法兼具操作简单，准确率高的优点。且断面仪法的成本低。而在需要测量的断面复杂，测量断面个数较多时，则需要采用具有信息量大，具有工作效率高，且测量精度高等特点的三维激光扫描法来进行测量，同时能够保证地铁隧道工程的质量以及其完成期。
五、结束语
随着技术的越来越发达，我国在地铁隧道断面测量中研究出越来越多的测量方法，其中以断面仪法和全站仪法被广泛采用，在高成本以及后处理过程异常繁琐的三维激光扫描仪法应用中，由于对作业人员的技术要求高，并没有得到广泛的应用。但当在外业高密度采集大量断面时的地铁隧道工程时，运用速度高于断面仪法和全站仪法的三维激光扫描仪无疑是最好的选择。综上所述，随着我国科技的发达和社会经济的快速发展，以及各人员的职业技能的不断提升，三维激光扫描仪法将是未来隧道断面测量的优先选择。
参考文献：
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[3]廖胤齐.地铁隧道结构断面测量方法及对比分析[J].北京测绘，2014.
论文作者:朱微
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/4/8
标签：断面论文; 隧道论文; 测量论文; 激光论文; 数据论文; 扫描仪论文; 限界论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;