一、引言

我國的隧道施工技術(shù)應(yīng)用廣泛，包括地鐵隧道、公路隧道、鐵路隧道等。包含在各種復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)下修建的特長隧道、重點(diǎn)控制型隧道工程。然而使用傳統(tǒng)檢測方法無法滿足現(xiàn)代化施工技術(shù)的需要，傳統(tǒng)的隧道檢測方法是利用全站儀、斷面儀等進(jìn)行檢測，傳統(tǒng)方法耗費(fèi)大量的人力、物力，占用過多的施工時(shí)間，檢測效率很低。

傳統(tǒng)的全站儀超欠挖檢測，只能單點(diǎn)手動(dòng)測量，人員配備必須充足，例如光線不足時(shí)需要照手電、有遮擋或者輪廓面凹凸不平時(shí)激光可能測偏；隧道斷面儀進(jìn)行超欠挖分析時(shí)，需另配全站儀放出隧道中心線，再此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，設(shè)站一次只能得到一個(gè)斷面成果。工作效率低下影響施工進(jìn)度，投入成本較高，精確度不高。

隨著三維激光掃描儀的出現(xiàn)，三維激光掃描技術(shù)以其可以連續(xù)、自動(dòng)、快速地采集大量的目標(biāo)物表面三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行非接觸式測量等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到人們的喜愛。三維激光掃描技術(shù)是為空間數(shù)據(jù)的獲取提供了新的方法和手段，同時(shí)也推動(dòng)了空間三維數(shù)據(jù)獲取方式向著實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化、集成化、數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展。

二、3D激光掃描設(shè)備簡介

Trimble SX10影像掃描儀是美國天寶的高端設(shè)備，同時(shí)具備掃描儀和高端全站儀的功能。通過為測繪、工程和掃描專業(yè)人士提供世界上最創(chuàng)新的解決方案，重新定義了日常測量設(shè)備的工作能力。 Trimble SX10將改變您的工作方式，尤其是在地鐵隧道中的應(yīng)用優(yōu)勢非常明顯，后期可以結(jié)合隧道專業(yè)處理軟件處理掃描數(shù)據(jù)，可以以隧道設(shè)計(jì)中軸線為基準(zhǔn)提取隧道橫斷面，最后結(jié)合掃描儀獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和隧道竣工測量數(shù)據(jù)信息對比進(jìn)行斷面收斂分析。

Trimble SX10影像掃描儀是美國天寶的高端設(shè)備，擁有26666個(gè)/秒的點(diǎn)云掃描速度，同時(shí)具備掃描儀和高端全站儀的功能。為測繪、工程和掃描專業(yè)人士提供世界上最創(chuàng)新的解決方案，重新定義了日常測量設(shè)備的工作能力。 Trimble SX10將改變您的工作方式，尤其是在地鐵隧道中的應(yīng)用優(yōu)勢非常明顯，可以結(jié)合隧道專業(yè)處理軟件處理掃描數(shù)據(jù)，可以以隧道設(shè)計(jì)中軸線為基準(zhǔn)提取隧道橫斷面，最后結(jié)合掃描儀獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和隧道竣工測量數(shù)據(jù)信息對比進(jìn)行斷面收斂分析。

SX10在隧道工程外業(yè)點(diǎn)云采集

三、外業(yè)操作便捷

工作原理：Trimble SX10同時(shí)具備掃描儀和高端全站儀的功能，在外業(yè)測量時(shí)，通過控制點(diǎn)建站之后進(jìn)行指定區(qū)域掃描，得到具有施工坐標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)不需要測站拼接和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，大大提高內(nèi)外業(yè)工作效率。

目前Trimble SX10支持已知點(diǎn)架站、多后視建站和后方交會(huì)等多種架站方式。經(jīng)測試可知在隧道中作業(yè)我們采用后方交會(huì)的方式架站，既可以保證架站精度也可以提高效率。

架設(shè)儀器

已知點(diǎn)架設(shè)棱鏡

后方交會(huì)架站定向殘差

架站完成以后就可以根據(jù)現(xiàn)場情況針對特定區(qū)域，設(shè)置掃描等級進(jìn)行掃描，快速得到具有施工三維坐標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù) 。外業(yè)現(xiàn)場就可以查看點(diǎn)云數(shù)據(jù)，防止漏掃的情況發(fā)生。

通過手簿實(shí)時(shí)查看點(diǎn)云情況

四、點(diǎn)云預(yù)處理

由于SX10掃描點(diǎn)云具有施工坐標(biāo)，內(nèi)業(yè)不需要拼接和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，對電腦硬件要求不高，普通筆記本即可。利用Trimble Business Center簡單的編輯點(diǎn)云，得到純凈的點(diǎn)云數(shù)據(jù)如下圖。

五、隧道超欠挖分析及成果報(bào)告

內(nèi)業(yè)處理可以使用美國天寶搭配的TBC軟件，支持點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出（支持LAS、PTS、TDX、JXL等點(diǎn)云文件格式），可支持多種第三方點(diǎn)云處理軟件。

1、TBC軟件出超欠挖報(bào)告

基于隧道中心線及隧道設(shè)計(jì)開挖輪廓線建立超欠挖參考面三維模型，如圖 1(a) 所示，利用三維激光掃描數(shù)據(jù)，建立隧道開挖后現(xiàn)狀三維模型，如圖1(b) 所示; 將參考面模型和開挖后現(xiàn)狀模型進(jìn)行三維立體疊加分析，利用 Trimble Business Center軟件的功能，可直觀獲得此段里程中任意點(diǎn)位超欠挖的程度，將設(shè)定斷面里程點(diǎn)云掃描為CAD點(diǎn)，通過CAD點(diǎn)與模型做對比分析，確定出超欠挖量，如圖 1(c)所示。

圖 1(a)

圖 1(b)

圖 1(c)

成果輸出：根據(jù)設(shè)定的斷面間隔提取斷面，軟件自動(dòng)形成斷面超欠挖分析圖及報(bào)告。包括隧道竣工報(bào)告見圖2（a）（紅色的點(diǎn)為欠挖點(diǎn)，藍(lán)色的點(diǎn)為超挖點(diǎn)，報(bào)告中包括設(shè)計(jì)斷面面積及測量面積等隧道信息）、隧道面積和體積報(bào)告（統(tǒng)計(jì)設(shè)定斷面的測量面積及設(shè)計(jì)面積及超欠挖體積）、隧道縱斷面報(bào)告等。

圖2（a）  斷面分析及超欠挖成果輸出

2、點(diǎn)云格式支持本土軟件

SX10點(diǎn)云支持LAS、PTS、TDX、JXL等點(diǎn)云文件格式，支持多種第三方本土軟件的使用。使用本土隧道斷面超欠挖分析軟件，利用隧道設(shè)計(jì)斷面與實(shí)際掃描點(diǎn)云，同樣可以計(jì)算出實(shí)測點(diǎn)云至設(shè)計(jì)斷面線上斷面點(diǎn)的最短距離，以及判斷斷面設(shè)計(jì)斷面線的斷面點(diǎn)是否在實(shí)測斷面線的內(nèi)部，并自動(dòng)計(jì)算出隧道的超欠挖量。

六、對比分析

SX10影像掃描儀與常規(guī)掃描儀對比分析

經(jīng)測試對比分析，SX10與常規(guī)掃描儀的優(yōu)勢分析：

（1）外業(yè)掃描速度和常規(guī)掃描儀相當(dāng)。

（2）SX10內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理不需要拼接、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、釋放點(diǎn)云，大大節(jié)省內(nèi)業(yè)時(shí)間，甚至可以現(xiàn)場完成內(nèi)業(yè)工作。

（2）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理對電腦硬件要求不高，普通電腦即可滿足要求

（3）有效的掃描距離遠(yuǎn)（50m處點(diǎn)間距小于20cm）

（4）SX10不需要輔助設(shè)備，如標(biāo)靶球、全站儀等，可以節(jié)省人力、物力，提高工作效率。

SX10影像掃描儀與常規(guī)手段對比分析

表 1 三種隧道斷面測量方法特點(diǎn)

七、結(jié)束語

Trimble SX10全站掃描儀，一機(jī)多用，適應(yīng)多種施工項(xiàng)目使用。全站儀方式架站，內(nèi)業(yè)點(diǎn)云無須拼接和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，提高內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理效率。掃描速度快，在同等時(shí)間內(nèi)獲取的點(diǎn)數(shù)量、斷面數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全站儀和斷面儀，SX10與TBC及其他行業(yè)軟件的完美結(jié)合，可交付多種數(shù)據(jù)成果，滿足客戶需求。

經(jīng)過大量點(diǎn)的精度對比分析，Trimble SX10全站掃描儀最大偏差在毫米級別，完全滿足超欠挖檢測的精度要求。