基于三维激光扫描数据的地铁隧道变形监测

发布时间：2016-09-16 20:24

  本文关键词：三维激光扫描技术在地铁隧道收敛变形监测中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

《中国地质大学(北京)》 2012年

基于三维激光扫描数据的地铁隧道变形监测

托雷  

【摘要】：近年来，地铁以其高效、节能和稳定等优势，已逐渐成为大中城市的主要交通工具。但地铁线路多分布在城市主要繁华区域，建筑和人群都较为密集，如不对地铁隧道的安全问题给以足够重视，势必成为整个城市交通系统的隐患。因此，在地铁隧道的实时安全监测方面存在着巨大的技术需求；同时，考虑到如今地铁运行时间长、发车频率高，对监测系统的模式和效率也提出了更高的要求。然而，目前地铁隧道的变形监测多数通过测量机器人完成，在提取隧道信息时数据量有限，人力成本高，本文提出一种基于三维激光点云的隧道断面连续截取方法，可应用于变形监测中。 该方法以地面型激光扫描系统采集的三维点云为数据源，共分为4部分：狭长结构点云拼接、中轴线提取、基于邻域局部曲面拟合的断面截取和基于三次样条函数的形变曲线拟合。拼接过程针对隧道的狭长结构特点，将传统的相邻站拼接改为区段控制拼接，即区段内各站共用所有控制点，避免相邻站间的误差积累；隧道中轴线的提取通过随机采样一致性（RANSAC）算法和最小二乘平差算法完成；断面截取过程先基于隧道轴线信息调整隧道姿态，再对隧道数据采取局部曲面拟合，其中引入了限制最小二乘算法、RANSAC算法和抗差估计。最后，运用三次样条函数对形变量拟合形变曲线，并计算断面点所拟合的圆的半径，分析区段收敛变形趋势。 针对本文所提方法，采用RIEGL VZ-400获取的地铁隧道点云数据进行了验证，包括区段控制拼接实验、拟合分析实验和断面截取效率实验。区段控制拼接实验在一个与隧道狭长结构相似的110米长的走廊中进行，较好的解决了首尾站数据分层明显的问题；拟合分析实验中分别计算了断面点的内插精度和相邻断面的半径差值，其中内插点位与实际点位的最大偏差为1.5mm，最小偏差为0.1mm；并对相邻断面的半径进行比较，平均差值3mm；断面截取效率实验证明单个断面截取的平均用时不超过3秒钟。验证结果表明，本文所提出的方法在数据拼接和断面截取方面均能达到工程应用的精度要求，能够快速准确的提取出隧道的形变信息；同时，，对比于传统的数据采集方式，三维激光扫描技术在数据量、数据采集速度和人力要求等方面都具有比较明显的优势。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP391.41;TP274
【目录】：

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【参考文献】

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1 黄茂华;谢义林;;隧道收敛测量方法研究[J];北京测绘;2009年04期

2 毕俊;冯琰;顾星晔;林正庆;;三维激光扫描技术在地铁隧道收敛变形监测中的应用研究[J];测绘科学;2008年S2期

3 滕志远;张爱武;;单位四元素法在激光点云坐标转换中的应用[J];测绘通报;2010年11期

4 李健;万幼川;江梦华;高贤君;;基于地面激光技术的隧道变形监测技术[J];地理空间信息;2012年01期

5 周奇才;孙月腾;陈海燕;熊肖磊;何自强;;地铁隧道变形监测的数字图像处理技术研究[J];中国工程机械学报;2009年04期

6 彭芳瑜,周济,周艳红,周云飞;基于最小二乘法的曲面生成算法研究[J];工程图学学报;1999年03期

7 曾清红,卢德唐;基于移动最小二乘法的曲线曲面拟合[J];工程图学学报;2004年01期

8 张梅;文静华;张祖勋;张剑清;;基于特征关系图的似二次曲面物体三维几何建模[J];光电子.激光;2010年08期

9 李二涛;张国煊;曾虹;;基于最小二乘的曲面拟合算法研究[J];杭州电子科技大学学报;2009年02期

10 周奇才;金奇;高嵩;何自强;;基于激光测距技术的隧道断面形变检测系统[J];测控技术;2010年05期

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1 李双柱;李勇;王维;;稳健估计在林业灰色建模中的应用[J];安徽农业科学;2009年01期

2 李海燕;李淑杰;刘兆顺;钟世名;;土地储备规模预测研究——以长春净月经济开发区为例[J];安徽农业科学;2011年02期

3 汪贤才;非线性实验数据曲线拟合的实践[J];安徽技术师范学院学报;2005年02期

4 张桂生;刘新荣;胡元鑫;;隧道信息化施工监测的项目化管理实践与思考[J];地下空间与工程学报;2009年01期

5 盛振中;;基于灰色系统理论的建筑沉降预测方法及其实证分析[J];北方工业大学学报;2006年01期

6 孙世国;席根喜;韦寒波;谭亮;;深基坑开挖诱发地下管网形变计算方法的研究[J];北方工业大学学报;2006年03期

7 杨斌;商书元;;基于移动最小二乘的数据拼接ICP算法[J];北京服装学院学报(自然科学版);2012年01期

8 姜晶;李向东;;利用回归法检核油罐环墙沉降观测数据[J];北京工业职业技术学院学报;2009年03期

9 高绍伟;;高层建筑物沉降观测与预测[J];北京工业职业技术学院学报;2010年02期

10 刘升传,王连俊;胶新铁路路基沉降监测中的水准测量及数据处理[J];北京测绘;2004年02期

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1 刘大刚,王明年;数码摄像技术在隧道位移信息采集中的应用[J];地下空间;2004年03期

2 彭跃;王桂林;张永兴;施毅;;衬砌背后空洞对在役隧道结构安全性影响研究[J];地下空间与工程学报;2008年06期

3 孙平贺;何中导;赵仁明;乌效鸣;Siddharth Banerjee;;基于Photogrammetry的地表变形监测技术研究[J];地下空间与工程学报;2010年06期

4 吴克忠;;物联网及其发展[J];办公自动化;2011年07期

5 黄茂华;谢义林;;隧道收敛测量方法研究[J];北京测绘;2009年04期

6 张伟刚,梁龙彬,赵启大,开桂云,刘志国,董孝义,王述祖,张大煦,李欣,叶锦亭;光纤光栅与电阻应变片应变测量的对比分析[J];传感技术学报;2001年03期

7 毛良明,王为胜,沈省三;振弦式传感器及自动化网络测量系统在桥梁安全监测系统中的应用[J];传感技术学报;2002年01期

8 邓铁六,白泰礼,马俊亭,徐乐年;单线圈电流型振弦式传感器[J];传感器技术;2000年04期

9 王晓华;胡友健;柏柳;;变形监测研究现状综述[J];测绘科学;2006年02期

10 张瑞菊;王晏民;李德仁;;快速处理大数据量三维激光扫描数据的技术研究[J];测绘科学;2006年05期

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1 郑德华,沈云中,刘春;三维激光扫描仪及其测量误差影响因素分析[J];测绘工程;2005年02期

2 李英成,文沃根,王伟;快速获取地面三维数据的LIDAR技术系统[J];测绘科学;2002年04期

3 邱冬炜;梁青槐;杨松林;;北京地铁隧道结构整体变形监测的研究[J];测绘科学;2008年S1期

4 蔡来良;吴侃;张舒;;点云平面拟合在三维激光扫描仪变形监测中的应用[J];测绘科学;2010年05期

5 傅熙照;用全站仪采用自由站法测量横断面[J];测绘通报;2001年07期

6 张远智,胡广洋,刘玉彤,王庆洲;基于工程应用的3维激光扫描系统[J];测绘通报;2002年01期

7 余明,丁辰,刘长征,过静珺;北京故宫修复测绘研究[J];测绘通报;2004年04期

8 罗德安,朱光,陆立,廖丽琼;基于3维激光影像扫描技术的整体变形监测[J];测绘通报;2005年07期

9 许正文;姚连璧;孙良育;;Trimble S8全站仪隧道断面扫描测试报告[J];城市勘测;2008年04期

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2 冯嘉祥;;车载激光点云数据精度分析方法[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年

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5 宋碧波;卢小平;卢遥;;基于点云数据的建筑物三维重建[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年

6 段文国;张爱武;蔡广杰;;基于VTK的点云数据绘制研究与实现[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年

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8 刘佳;张爱武;杨丽萍;;室内场景激光点云数据的三维建模[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年

9 赵有松;;地面激光扫描技术在长城测量中的应用[A];第二届微波遥感技术研讨会摘要全集[C];2006年

10 贺磊;余春平;李广云;;激光扫描数据多站配准方法研究[A];高精度几何量光电测量与校准技术研讨会论文集[C];2008年

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1 彭亮;[N];科技日报;2011年

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  本文关键词：三维激光扫描技术在地铁隧道收敛变形监测中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

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