引言
现阶段，地铁隧道断面在盾构施工时，由于施工地质情况变化及施工设备的影响会导致施工实体线路与实际设计要求存在偏差，为满足后续轨道铺设、设备安装环节能够顺利进行，应采用高效、精准的断面测量技术来准确的对施工完成后的盾构隧道进行断面测量，以帮助后续调线调坡工作的顺利进行，使铺轨工作能顺利而快速的完成。如果使用传统的断面测量方法主要以全站仪或断面测量仪来进行，速度较慢，效率较低，点位较少，精度不高，不能完整而精确的反映出隧道整体的实际情况，如果要提高精度就需要人工加密大量的点位，需要消耗大量人力、物力来进行验证，不仅影响后续施工进度，还会消耗大量资金成本。在采用三维激光扫描仪进行断面测量后，速度快，精准度高，点位密度大，不需要提前进行检测点位放样，该测量技术的使用优势较高。相比于传统测量技术来说，速度更快，精度更高，效率更优，具有更好的使用优势。
一、地铁隧道断面测量概况
为保证地铁隧道断面测量的精准度，应减少误差，在进行平面和高程测量时，将其纳入施工坐标系的参考范畴，按照使用规范，遵循相关操作准则，测量中以基准线为中线的参考标准，在施工中如果出现数据调整，应将调整后的中线设置为基准线后再进行断面测量，在直线部位进行测量时，应保证横断面与基准线的垂直关系，避免角度偏移问题造成测量误差，曲线段横断面的提取方向应与法线方向相一致。在本隧道中断面的测量应以设计数值2.7m为半径、基准线每隔5米的位置提取断面，断面上应测量八个部分的长度，如图一所示。设备主要选取Z+FIMAGER5010C相位式三维激光扫描仪，仪器误差小于1毫米，具有较高的测量精准度，使用范围较广。 二、数据采集与处理环节
图 1 隧道断面测量图
激光扫描仪在使用之前应根据测量点位的坐标系来进行已知点位靶值的划分，结合点云坐标转换和平差的计算来设置布设点位进行检验，可以将所有点位作为检验点来分析结果的精准性，并利用测回法测得相交的顶点来查看是否存在误差。首先，在进行数据采集时，根据成果的精度要求选用相应的扫描仪的精度、内部实际情况。在设置合理测量间距和参数后调节分辨率、点云密度，设置公共靶球点位间距以及测量站点，扫描用时在一天左右。其次，在进行点云预处理时，应在多种过滤器的操作模式下，将竖直角、反射强度、边界点和散点等过滤掉。第三，在进行点云拼接时，可以用三个公共靶球点为相邻测量站点，若为了提高精度可以采用6个靶球进行拼接。将靶球的直径设置在匹配的规格，利用软件自动拟合功能来计算靶球中心之后进行拟合并编号，即可开始拼接工作。第四，点云去噪功能主要可以避免隧道内部人员设备、脚手架和杂物的影响。在所扫描的点云中会存在多个噪点，影响后续断面测量处理结果，如果噪点不能被软件自动剔除，则需要手工剔除。将数据导出后导入到后处理软件中，结合软件点云功能自动删除内部噪点，然后逐次检查手动删除其他多余噪点。
三、提取断面及结果计算
图2盾构隧道实测图
三维激光扫描技术在地铁隧道断面测量时，需要构建隧道模型，在断面提取前，以三维立体化的模型作为参考，将设计轴线导入到三维模型中，利用软件构建隧道设计断面，并利用断面中轴线进行处理后，可得出隧道模型。其次，在进行断面提取时，可将设计模型构建完成后，以点云导入的模式进行断面提取，此次项目按照以5米为标准的间距进行，断面切分后切片厚度为2厘米，共提取了338个断面后，每个断面中有两个圆，一个为设计圆，一个为点云位置上的实测圆。两种不同的圆在半径和坐标点位测量时所计算的方式是以离散点位所构成，将每个断面所构成的实测圆进行比较后，可得到差值（如图2），利用MATLAB的软件进行处理，计算出实测圆半径及圆心坐标。最后，再次进行线段长度计算时，断面上以八条线段的长度值为测量对象，利用后处理程序在添加辅助线后可自动提取出八条线段的长度，在进行导出后可得到最终结果。
四、精度统计与分析
首先，拟合圆半径的统计需要根据实测圆和设计圆进行比较后取二者差值来检验点云精度与所测量的隧道结构是否存在形变现象，通过上述数据处理后可以发现最大偏差在3.5毫米，平均偏差为1.69毫米。既能说明此次扫描隧道内部结构并未发生较大改变，也能够反映点云测绘精准度较高。其次，检验点精度的统计工作主要根据隧道内壁所设置的75张靶纸来进行，将点云转换到施工坐标系后，可利用软件提取靶纸中心点的三维坐标，并与结果进行对比，可以发现平面最大误差在5.3毫米，平均误差为4.1毫米，而高程精度的统计值最大误差在4.5毫米，平均误差在3.4毫米。说明点云测量精准度较高，所产生的误差会受到测量点位置的影响，允许误差范围内在±10毫米之间，发现此次误差数值完全符合隧道调线调坡要求。
五、结语
总的来说，在科学技术水平不断发展的社会现状下，三维激光扫描技术的应用越来越广泛，在各个领域中均能够出现它的身影，将三维激光扫描技术应用于地铁隧道断面测量技术后有效提高测量数据的精度及测量效率，杜绝数据测量慢、精度低的弊端，可靠性更高，受到工作人员的追捧和喜爱。通过精度检验来探究三维激光扫描技术的可行性和可靠性，符合使用要求，落实相关工程的应用与研究，为地铁隧道断面测量工作提供便捷，带来更好的社会效益和经济效益。
参考文献
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