基于三维激光扫描技术的基坑滑坡监测方法研究

基于三维激光扫描技术的基坑滑坡监测方法研究

蒋飞

中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司

湖南  长沙  410000

摘要：近年来，随着我国经济的飞速发展，在深基坑施工时的施工监测对施工具有重要的参考价值，三维激光扫描技术作为新的技术，在实际的应用中，可以以格网扫描密集获取监测对象的相关数据，能够获得高精度、高密度的监测数据，使得实际的深基坑作业可以安全、高效开展。因此，在当前及未来的深基坑工程项目中，都需要积极加大三维激光扫描技术的应用。

关键词：三维激光扫描技术;基坑滑坡;监测方法

引言

基坑施工作为建筑工程施工的重点,对保证施工质量、提升整个建筑物质量和安全性具有重要的作用,而在复杂的大型工程的施工过程中,基坑变形监测已是工程建设的必要环节。三维激光扫描仪具有快速、高精度、非接触主动测量等优势,在地表变形分析等方面有着广泛应用。本文通过采集不同时间段的基坑滑坡点云数据,内业通过对比点云数据距离和模型内插计算高程偏差,进而求得时段内基坑表面的变形量和变形区域,在地表变形监测中有着各自优势。

1三维激光扫描的工作原理

目前，市场上主流的三维激光扫描仪通常采用激光脉冲测距法，这种方法又被称为时间漂移测距法。在仪器内部通过运用激光脉冲二极管发射具有高精准度的激光脉冲，旋转棱镜后，朝着被扫描的目标发射，仪器内部的激光脉冲接收器可以收集并记载被反射回来的脉冲信号。记录从激光脉冲发射到反射脉冲信号接收的时间，计算出二者之间的差值，即可得出三维激光扫描仪到被扫描目标之间的实际距离，s指扫描的实际距离，c指光速，t指脉冲信号实现往返的时间差。

2三维激光扫描技术的基坑滑坡监测方法

2.1在数据获取阶段进行应用

在深基坑监测过程中，从数据获取阶段开始，就需要利用三维激光扫描技术，该技术应用时，最为关键的是要在项目开展时，做好设站工作。数据获取时，需对各个站点坐标进行实时的定位，并根据最终的定位结果，来开展全面的分析和处理，获得更多的测量数据。在三维激光扫描技术应用时，为保障测量结果的精度，必须要在特定的扫描区域内，设置足够多数量的控制点。只有保障了控制点数量的科学性、位置的合理性，才可以在扫描技术应用时，利用GPS和全站仪来实现全面的控制，对测量对象开展更为精确地测量，通过这一测量控制，使得之前所设定的云坐标可以有效转化。数据获取的过程中，三维激光扫描技术下，后续的边坡测量可以直接利用这些数据和信息，从而使得深基坑监测更为高效。三维激光扫描技术下，边缘光斑、覆盖等基本上不会对正常的测量作业产生干扰，可以使得监测数据的精度更高。

2.2内业数据预处理

点云预处理包括点云配准、点云去噪和精简,点云配准是将不同视角下点云数据进行拼接获得基坑完整的点云数据,本次实验主要在外业通过布设靶标球方式进行不同视角点云拼接;点云去噪是将除目标建筑物以外的杂点进行去除,包括周边附属物、工人等,由于基坑位置偏僻,数据采集时无明显移动目标,且滑坡区域附属物较少,因此,本项目点云去噪通过人工方式少量干预即可;点云精简是按照一定规则,减少点云数量,提高点云数据处理效率,本项目采集点云数据较多,且需要建立三维模型,因此进行了点云精简处理,在保留待测目标特征位置点云前提下,将点云数量减少至之前的1/3。

2.3在数据处理阶段中应用

当在数据获取阶段使用三维激光扫描技术获得了相应的数据以后，就需要在数据处理阶段应用该技术，从而更为高效、全面地完成深基坑的测量工作。三维激光扫描技术比较特殊，这一技术在应用时，反射信号是关键的要素，通过反射信号，可以将三维坐标所获得的海量数据转换为特定类型和格式的数据。专业人员在对云点数据加以技术分析和处理以后，就可以获得更高精度的数据，利用三维建模软件，通过软件的数据分析功能，就可以构建出一个更为完善的三维立体模型，在该模型中更为直观地呈现深基坑的具体情况，在该模型中，就可以直接开展更为精确、高效的监测、处理和分析。数据处理的过程中，重点是要对前期所获得的三维作品开展更为有针对性的处理，具体的处理中，需借助于一定的数据工具来完成，通过工具的有效应用，可以使得数据监测更具动态性和精确度，使得在深基坑施工的过程中，可以利用这一技术来开展全过程监测。在连续性监测下，扫描技术的应用可以有效应对深基坑工程中的变形和沉降问题。

2.4进行初步结果的分析

在对基坑进行监测的时候，使用三维激光扫描技术可以让系统检测拥有比较显著的特点，实现检验信息的有效探究，有效的把握基坑变形的实际情况。将最原始的单位空间加入色彩之后，可以更好的创建出标准的空间，能够完美的表现出立体化的形式。另外，按照所检测的信息建立出有效的三维模型可以对基坑的实际情况进行有效的整理，这是由于所建设的三维空间具有着对应的对应点，这样就可以让检验的工作变的更加的标准化，同时也保证监测数据的完整性。

2.5点云检测

一般来说，在进行建筑基坑施工时还会布置一系列承重立柱，这对于提升建筑物整体承载能力和质量起到非常重要的作用。但是过多的建筑承重立柱必然导致建筑基坑施工检测效果变差，这就需要采取适当措施对建筑基坑中承重立柱的特征和地面点云进行数据提取，并在这个过程中应用逆向工程检测软件，综合处理建筑基坑施工检测中产生的点云数据。并将处理好的点云数据和建筑施工模型导入相应软件系统当中。从建筑基坑施工检测全局来看，这一步骤的作用在于验证现场采集点云数据是否达到相应标准，实时分析点云数据偏差原因，并制定针对性优化改善措施，尽可能的将点云数据和理论模型的偏差控制在规定的范围内。从逆向工程检测软件的角度出发，明确该项软件中包括多项检测选项卡，能够保证相关人员更加直观的掌握点云数据和理论模型的偏差，同时选取更为合理的建筑基坑施工检测方案。为彰显三维激光扫描技术在建筑基坑施工检测中的作用效果，可以将对齐点云数据模型与三维激光扫描模型进行对比分析，明确这两种方法之间的差异和优缺点，选取合理的建筑基坑施工检测技术，避免实施建筑基坑施工检测时出现问题。在提升建筑基坑施工检测效果的同时，彰显三维激光扫描技术的实用性价值。理论上来说，在应用三维激光扫描技术时还会产生一系列色谱情况，应对各种环境下三维激光扫描色谱分析图实施有效分析，并按照分析结果计算各种施工检测方法所产生的偏差，同时制作与建筑基坑施工检测相关的偏差分布和标准偏差直方图。

结语

三维激光扫描技术的测量效率和精度非常高，在基坑变形监测方面的技术应用效果非常突出，在当前日渐增多的深基坑工程项目中，工程企业要加强对三维激光扫描技术的科学应用，遵循技术应用规范，提高扫描精度，为实际的深基坑监测施工提供现实的参考。

参考文献

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