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基于地面激光技术的隧道变形监测技术【摘要】隧道工程施工具有一定的复杂性同时由于隧道也是整个交通系统过程中重要的环节之一加强对其变形的监测对提高施工的安全性保证施工的质量和进度具有十分重要的意义。在对隧道工程变形监测过程中给予地面激光技术是其中十分常用的一种技术之一。加强对此中技术应用的探讨对进一步促进隧道变形监测技术的进步具有十分显著的促进作用。本文分析了激光测量技术并结合实例对隧道变形监测进行分析以供参考。【关键词】地面激光；隧道；变形监测一、前言隧道在使用过程中随着各种因素的影响会出现各种病害影响到隧道的正常营运。因此需要做好隧道监测保证隧道的正常使用。二、传统监测方法概述变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形形态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。具体检测方法有以下几种：1、变形监测非大地测量方法在测绘工作中可以采用的变形监测方式较多可以根据测量的方式不同分成电测、物理测以及机械测三种类型而且所用到的测量仪器也相对较多。在进行非大地测量方式时需要将测量的机器固定在检测对象或者是其附近固定的物体上在此过程中需要保证和观测部位的直接接触。2、变形监测传统大地测量方法在变形监测方法中占据着重要位置的就是传统大地测量方法。其中包括三角测量、交会测量和水准测量。从传统大地测量方法中可以看出这种监测方法只适用于传统的测量仪器。传统的大地测量方法在应用的过程中由于劳动强度较大自动化程度不强等原因造成工作效率低下。但是经过技术人员多年的努力研究测量工作逐渐朝着快捷性、自动化的方向发展。三、三维激光测量技术1、地面三维激光扫描仪的选择地面三维激光测量因其能够快速、高效地获取高精度、高密度的监测对象点云数据大大提高了作业效率近年来发展迅速且被广泛应用于各行各业中。目前Riegl、Trimble、Leica等主要仪器生产厂商提供的仪器型号众多不同型号的仪器性能参数差异较大因此根据扫描需求选择合适的扫描仪型号尤为重要。对于滑坡体的变形监测一般测量范围较大需要选择测程较长的扫描仪通常使用Riegl公司VZ-4000扫描仪该扫描仪的最大有效扫描距离可达4000m150m测量精度15mm重复测量精度10mm水平扫描范围360°垂直扫描范围60°扫描速度每秒30000点能够满足一般变形监测的需求。2、点云数据拼接与坐标转换地面三维激光仪扫描获取的点云数据是在以测站为中心的局部坐标系下在不同测站获取的点云数据坐标系并不统一。如果在扫描过程中布设了多个测站就需要对多站扫描的数据进行拼接统一到同一坐标系下。同时变形监测是对获取的多期点云数据进行比较分析因此各期的扫描数据也必须统一到同一坐标系下。目前有两种常用方法来实现坐标系的统一：①先将多个测站的数据配准然后测得3个以上标靶的大地坐标将配准后的点云数据直接转换到大地坐标系下；②对每一测站分别布设3个以上的标靶并测得标靶的大地坐标将每一测站数据都直接转换到大地坐标系下。考虑到变形监测范围较大布设标靶要满足每个测站都能观测到比较困难因此采用第二种方法即在每一测站的布设3个以上的标靶直接进行大地坐标转换。3、点云数据的滤波在实际测量过程中由于测量设备、测量环境、表面光洁度、表面涂层对光线的反射率以及人为操作等因素的影响都会不可避免地引入不合理的测量数据（即噪声）而这些噪声点对点云的数据处理有很大的影响为了保证监测的准确性必须对原始数据进行去噪滤波处理。点云噪声滤波主要是根据点云的局部属性以点云局部的法向量变化、K邻域数目以及点到局部拟合曲面的距离等约束属性来判断某点是否属于孤立噪声或随机噪声然后采用对应的滤波方法进行滤波处理。对于孤立点噪声由于其一般具有邻域点较少或不存在邻域的特征因而在孤立点的滤波过程中可以较为简单地在点云K-D树索引基础之上通过判断该点一定邻域范围的邻近点个数是否小于判定阈值来判断是否为孤立点。四、隧道地面激光监测技术戴峪岭2号隧道是庄盖高速最长隧道隧道全长2930m其中隧道左线长2930米右线长2865米线间距20m。该隧道地质构造复杂穿越岩溶地质、断层、背斜高应力核部施工难度大。隧道于2012年9月26日建成通车。1、现场工作方案（1）现场踏勘与定点在扫描工作开始前首先到现场进行踏勘踏勘工作主要包括3个方面首先是根据隧道的空间分布、形态和病害发育特征等确定扫描需要的精度、分辨率及扫描站点；其次是查看已有控制点的位置、保存情况和使用的可能性根据现有大地测量条件和扫描站点位置考虑控制点联测的大概方案和扫描