三维激光扫描测量技术在变形监测中的应用.pdf

SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯信 息 与 智 能 2023 NO.16 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯三维激光扫描测量技术在变形监测中的应用冯国飞(北京市矿产地质研究所 北京 101500)摘要：三维激光扫描设备能够做到非接触测量，对被测对象实施扫描后，能够迅速衔接云点数据，收集被测点的形变信息。与此同时，该技术能够对基坑与四周建筑的形变趋势做到跟踪记录，利于相关技术人员了解基坑与建筑的形变问题，从而及时采取管控措施。该文结合某实际基坑监测工程，采用三维激光扫描设备，提出一种基于三维激光扫描测量技术的基坑形变监测方案，并详细分析方案应用过程。希望三维激光扫描技术能够在基坑变形监测中发挥出最好的效果。关键词：三维激光扫描技术 基坑变形 监测 应用分析中图分类号：P225.2;TU196.1文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)16-0030-04Application of 3D Laser Scanning Measurement Technology in Deformation MonitoringFENG Guofei(Beijing Institute of Mineral Resources and Geology,Beijing,101500 China)Abstract:3D laser scanning equipment can achieve non-contact measurement,and after scanning the measured object,it can quickly connect cloud point data and collect deformation information of the measured point.At the same time,this technology can track and record the deformation trend of the foundation pit and surrounding buildings,which is helpful for relevant technicians to understand the deformation problems of the foundation pit and buildings,so as to take control measures in a timely manner.Combined with a practical monitoring project of the foundation pit,this paper proposes a deformation monitoring scheme of the foundation pit based on 3D laser scanning measurement technology by using 3D laser scanning equipment,and analyzes the application process of the scheme in detail,hoping that 3D laser scanning technology can play the best role in the deformation of the foundation pit.Key Words:3D laser scanning technology;Deformation of foundation pit;Monitor;Application analysis传统的基坑形变监测技术有全站仪、水准仪测量等，需要在基坑的各个部位布设数多的监测点。这一类监测方式的缺点十分明显：首先，这一类监测均属于单点位置监测，对于紧邻两点间的形变分析不明确，因此获取的形变数据并不完整，难以真实地反映基坑实际状况；其次，因为项目作业区域地势繁杂，人流量大，设备机械多，所布设的监测点很容易被破坏。所以，选用传统监测技术对基坑的稳定性进行评判，会有一定的误差。三维激光扫描技术是目前监测作业中的新型技术方式，该技术不再局限于单点位置的监测，可以采集到基坑全部作业面的云点数据，从而实现便捷化、智能化监测的目标。1 三维激光扫描仪的工作原理三维激光扫描设备涵盖激光扫描装置、测距装置以及摄像装置。这3个装置在相互辅助的状态下，能DOI：10.16661/ki.1672-3791.2212-5042-5299作者简介：冯国飞（1969），男，本科，工程师，研究方向为工程测量。30SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.16 信 息 与 智 能科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION够实现被测目标的三维可视化成图1，具体如图1所示。扫描装置需要向被测对象发射激光束，同时获取激光束的反射线，完成扫描的环节。激光束的发射部位点O至测量点A的间距拟定为r，横向扫描方位是，纵向扫描方位是。其坐标的原点为发射部位点O，同时在纵向测量面选定Z 轴，横向测量面选定X 轴与Y 轴，当中，X 轴和被测对象的方位相同，同时和Y 轴、Z 轴互为垂直，即形成扫描设备内部的坐标系统，坐标系的方位基于Z 轴为参考，同时满足右侧使用标准，横向测量方位以X 轴的正前方，翻转90 到Y 轴的正前方为参考，纵向测量方位以仰角为参考，结合设备内部的坐标系统，可以计算出某一个扫描点A的坐标数据，公式如下：XA=rcos cos YA=rsin cos ZA=rsin 2 工程概况本项目位于北京市西城区月坛北街25号院，距离钓鱼台国宾馆200 m。本工程基坑支护埋深约为11.30 m，基坑侧壁安全等级为一级。基坑支护采用护坡桩加预应力锚杆的支护型式，局部采用钢管桩。施工顺序为；先进行场地平整，然后施工护坡桩，冠梁，再随着土方开挖进行预应力锚杆和桩间喷射混凝土施工。本项目场地稳定地下水位标高19.5619.96 m，埋深22.8023.400 m，为潜水。场地西南侧局部有滞水，水位标高27.26 m，埋深15.50 m，水量较小，不用进行降水。本工程施工场区位于西城区月坛北街25号，北临阜城门外大街40号院，国资委物资机关服务局院内。东、南、西侧毗邻物资大院。对建筑红线内周边建筑物加强变形监测2。3 基于三维激光扫描技术的基坑监测方案依据我国建筑规范的相关标准，针对深度超过5 m的基坑项目，需对其实施形变监测。最为普遍的测量方式有全站仪、水准仪等设备，对其实施横向位移测量与基坑沉陷测量。在实施形变监测工作时，需要利用控制点构建控制网络3。这种传统的测量方式虽然应用普遍，但却存在很多的问题，具体如下：首先，这种测量方式属于单点位置测量，所获取的数据之间没有衔接；其次，如果项目建设区域大，测量点多，尤其是对于大型基坑项目，很难监测到基坑形变的准确信息；最后，传统监测方式的可视化与智能化程度不高。为避免上述问题的出现，完善基坑形变监测工作的实施，本项目采用三维激光扫描设备，作为基坑与四周建筑形变监测的技术方式：在扫描测量之前，做好项目的现场勘察，全面掌握项目场地状况，依据项目场地状况，规划扫描测量的基准点布设、过渡站的布设、基坑监测的区域划分，最后将采集到的扫描信息实施可视化处理。具体步骤分为基准点的布设、基坑区域划分、形变信息采集、数据分析与可视化处理这几部分4。3.1 基准点云获取3.1.1 测站基准点本项目的测量基准位置，选用和三维激光扫描设备相匹配的磁性靶球，靶球直径规格是139.6mm。靶图1 三维激光扫描仪工作原理31SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯信 息 与 智 能 2023 NO.16 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯球的底座为与之匹配的金属圆柱体。选定测量基准位置之后，需要埋设好水泥墩，使用射钉固定好靶球的底座，后续的测量工作只需要把靶球放置于底座部位。这样可保障测量作业的灵活性，提升靶球的使用率5。3.1.2 扫描参考基准系统在测量基准位置到基坑的沿线，布设好扫描参考系统。每一个扫描参考系统中需要有3个不同线路的磁性靶球，并固定好底座部位，扫描参考系统的布设数量，要结合项目的实际需求来定，扫描结束采集点云之后，再与扫描参考系统内的参考点做好衔接，实现基准位置数据和基坑形变云数据的关联6。3.1.3 过渡站依据自基坑外部向基坑内部逐步扫描的路线，测量基准位置和基坑形变点云之间的部位，设置成过渡图2 扫描结果32SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.16 信 息 与 智 能科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION站，扫描工作环节，需要保障临近的两个过渡站都使用同一个扫描参考系统，也就是最少有3个标靶为相互重叠的。3.2 基坑扫描分区及变形点云获取结合项目场地勘察状况，本项目将基坑划分成若干区域，分区实施扫描工作。应遵循“少扫描站，高覆盖率”的原则。这是为了后续数据分析环节，能够尽可能减少分析误差的问题出现，有效控制点云数据的获取量7。4 扫描数据获取及处理4.1 扫描数据获取4.1.1 扫描参数确定首先安置好扫描仪器，根据场地四周环境与扫描设备的精度，调节扫描范围、扫描的分辨率、扫描持续时间。本工程的横向扫描范围拟定为0360，纵向扫描范围拟定为-60 90，分辨率使用1倍，各站的扫描持续时间是25 min。4.1.2 收集扫描数据根据图2可知，首先，确定基准位置点云之后，在 P1部位安置扫描设备，调节好相关参数之后，实施扫描工作。扫描环节中，靶球需要一直在通视环境好的区域，这样能够确保扫描的精准性，后续数据的衔接也会更加顺利；同时还需保障3个靶球位于不同的直线中。其次，通过P2部位的过渡站，衔接基准位置点云与基坑形变点云；最后，把基坑划分成6个小区，在P3部位、P4部位、P5部位，安置扫描设备实施测量。4.1.3 扫描点云的核查扫描结束之后，需要核查设备的成像结果，检查扫描的精准度，保障扫描范围的覆盖率完整。上述工作完成之后，再移至下一个扫描站，依照布置顺序与扫描的范围逐个进行扫描，直至该基坑全部区域扫描结束8。4.2 扫描数据处理把扫描获取的点云数据输入Scene系统，实施衔接处理。A点C点是基坑的测量基准位置，D、E、F、G、H、K、L、M是衔接的磁性靶球，P1部位、P2部位、P3部位是扫描设备的安置点。采用本方案监测所得的结果，在衔接处理之后，将其格式进行更改，把点云数据按照一定顺序排列好，并标记好特殊地势与灰度信息，将其提取为“*.pts”格式。把更改格式之后的点云数据，输入3DReshaper，实施后阶段处理，结合测量基准部位，把两期点云数据的对应坐标排列对齐，之后使用软件的“对比检测”，对点云的变形数据实施可视化分析，制成变形云图，最后补充详细位置信息，即可获取基坑的形变趋势图与信息报告9。5 结语综上分析，基坑项目的形变监测工作中，应用三维激光扫描技术能够进一步完善监测工作的精准度，提升监测效率。三维激光扫描技术能够在短时间内获取大量数据信息，且真实性高，对基坑项目的形变监测可提供有效参考。参考文献1 琚宝林,郑亮,刘光祖,等.地面三维激光扫描在公路大比例尺数字测图及断面测量中的应用J.工程勘察,2022,50(1):45-49.2 裴建隆.基于三维激光扫描与无人机倾斜摄影技术对异形建筑三维建模的融合应用J.江西科学,2021,39(6):1060-1064.3 严慧敏.三维激光扫描在隧道断面测量中应用研究:以宁杭高速公路梯子山隧道为例J.测绘地理信息,2021,46(6):108-111.4 沈健,程枭翀,陈晓虎.综合测绘技术在古建筑现状勘察中的应用研究:以养心殿东配殿综合测绘项目为例J.北京测绘,2021,35(10):1256-1261.5 李小双.基于三维激光扫描技术和BIM技术的大型网架结构施工测量监测J.住宅与房地产,2021(24):199-200.6 陈秋明,黄发明,宋鹏.无人机及三维激光扫描仪技术在沙滩剖面动态监测中的应用及测量精度分析J.应用海洋学学报,2021,40(3):529-539.7 赵文奎,陶孟德,陈旭,等.Maptek三维激光扫描技术在玉龙铜矿采剥工程测量验收中的应用J.现代矿业,2021,37(7):30-32,35.8 贾海湖.三维激光扫描技术在基坑变形监测中的应用研究J.中国科技纵横,2018(5):104.9 刘振平,赵显波,周宪伟.土岩二元地层深基坑支护监测实例分析J.建筑技术,2019(3):950-953.33