地铁隧道大空间高精度三维扫描

此次地铁三维扫描分析区间段为地铁左、右两线各240米长度隧道结构，其中包含100米站台区间段三维扫描。

上图：扫描区间现场图

任务目的

根据施工及运营监管需求以查明该区段隧道净空变形现状，同时依照点云数据建立实体三维模型并切取横断面数据，为后期监测变形提供原始的参照数据和基础资料。

作业内容

1.通过三维激光扫描得到隧道（含车站）完整的三维坐标点云数据；

2.通过三维点云数据建立三维模型，为后期变形比对分析提供基础模型；

3.通过三维点云数据切取隧道横断面图。

准备工作

a提前和甲方配合人员沟通联系，做好安全准备工作。b勘察施工现场情况，做好扫描架站预估。

c根据数据分析要求设置扫描参数，确保数据精确度。

外业扫描提前对扫描区域状况进行踏勘，针对扫描目标的现状结构及项目目的要求设定扫描站点间距及扫描参数。此次扫描站点间距均匀设置10米每站，左右线各扫描240米车站及隧道区域范围，共扫描25站，单站扫描分辨率设置为点间隔7.67mm（10米处），单站扫描时长3′17″，扫描范围为全景扫描，扫描模式设置为室内扫描模式，开启扫描仪倾角仪、罗盘、高度计多个传感器，保证扫描数据准确性。

上图：扫描分辨率信息及传感器信息

扫描坐标系统不要求转换大地坐标系统，所以架站位置取决于单站扫描可视范围，扫描设备自带±5°倾斜补偿器，扫描仪不需要精确对中整平即可进行扫描作业。

为了保证多站数据拼接的精度，隧道扫描数据拼接采用标准参考球作为精确拼接依据，拼接精度控制在±1mm。

上图：扫描现场图

数据处理

将扫描所得三维点云数据导入扫描仪配套软件SCENE进行拼接、过滤、导出等处理。导出扫描数据到点云处理软件，利用扫描软件的自动拼接功能将多站无序扫描数据拼接成整体。

上图：基于目标的拼接方式

上图：基于目标的拼接精度控制

基于目标的拼接方式是精确的数据拼接方式，原理是通过两站扫描数据之间布设的多个共同参考体作为精确拼接对象，规避扫描点云数据之间点云噪点、点云厚度和扫描精度的影响，确保扫描数据的融合精度。此次扫描平均偏差距离左线为0.71mm，右线为0.61mm。

上图：完整拼接后多站扫描数据效果

数据过滤采用手动选择和软件自动筛选两种模式进行冗余数据和噪点数据过滤删除的方式进行数据优化，保留主体隧道数据。

上图：高亮显示部分为车站站台部分穿透数据

上图：利用软件自带过滤功能过滤深色扫描点及离群点

扫描数据的三维模型制作和断面提取分别是在CAD和3d max平台上实现，都是基于Autodesk平台软件，所以扫描数据的导出以.rcp格式为主，点云处理软件可直接导出Autodesk平台支持的.rcp格式项目文件。

上图：将处理完成的点云数据整体导出为rcp项目

上图：将导出的.rcp格式点云数据导入到recap

将处理完成的点云数据导入AutoCAD中进行断面截面处理，并进行拟合和量测。

Recap软件中可以对扫描的点云数据以图片的形式做数据量测和标记，有利于后期分析时直观的对隧道内部结构及特征变化进行比对。

Recap软件中可以对扫描的点云数据以图片的形式做数据量测和标记，有利于后期分析时

上图：Recap中通过影像数据做标记和注释

直观的对隧道内部结构及特征变化进行比对。

上图：将转换过后的数据格式插入到cad中进行断面拟合和提取

基于点云数据的三维模型建立和断面提取。将转换成rcp格式的数据导入到AutoCAD中进行隧道断面的拟合和提取，同时也可以将数据导入到同平台的3dmax中进行三维模型建立。

上图：在AutoCAD中对隧道断面进行拟合，得出隧道断面尺寸数据

利用点云切片功能将隧道断面切取，并拟合隧道断面。

隧道断面截取及量测

将隧道扫描数据按照10米间隔切取断面数据，基于点云数据的实景复制特性可以自由调

整断面间距，小间距甚至可以小到公分级别。

上图：240米监测段等距10米截取一个断面

上图：断面取样

上图：完整断面取样

将转换成rcp格式的数据导入到AutoCAD中进行隧道断面的拟合和提取，同时也可以将数据导入到同平台的3dmax中进行三维模型建立。

上图：依照点云数据建立实体三维模型