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三维激光扫描技术在基坑变形监测中的运用

李寰 郭磊

天津市地球物理勘探中心,天津,300170

摘要: 基坑是建筑施工中的临时工程,然而其在其对建筑工程的施工质量具有重要的影响作用。基坑自身较为隐蔽,施工现场环境较为复杂,在施工过程中会出现基坑变形或坍塌的风险。因此建筑施工企业应采取动态监控的方式,对基坑的变形情况进行实时临测,并制定出针对性的解决对策,以增强基坑的稳定性。三维激光扫描技术是监测基坑变形的有效手段,本文将对此进行探讨。
关键词: 三维激光;扫描技术;基坑变形监测;运用
DOI:10.12721/ccn.2021.160083
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在城市化进程逐渐推进的过程中,基坑监测技术与施工技术得到了一定程度的发展,基坑工程中融合了多种工程系统,在城市建筑物较为密集的地区此技术应用较多,因此人们对基坑的安全性与稳定性关注度较高。在基坑变形增监测中运用三维激光扫描技术,可获取到准确的监测数据,且此数据信息可用于工程测绘工作。目前此技术实现了多元化发展,基坑监测技术呈现出更加专业化的发展趋势。

一、三维激光扫描技术分析

1、技术特点

(1)扫描速度快

应用三维激光扫描技术进行信息采集时扫描速度较快,可以极大的增强信息的使用效率。在对基坑变形进行监测时,可以根据所获取到的信息情况及时进行基坑的调整,监测效果更为理想

(2)无需接触

在运用三维激光扫描技术进行变形监测时,无需与监测物接触,也不需运用反射性棱角进行监测,在不对物体表面进行任何处理的情况下便可实现高效、准确的数据采集。

(3)可实现动态检测

在三维激光扫描技术进行监测的过程中,应用了动态化测量监测系统,其中的信号反射器突破了时空的限制,可以实现实时动态的检测,监测过程更为主动,并且时效性更高。

2、扫描方式

(1)根据工程概况制定监测方案,技术人员应分析设计图纸,并实际现场

勘察的基本情况,确定工程基准点的位置,设置控制网。控制点之间应保证相互

通视,并覆盖整个监测区域。确定监测范围与控制点后,随即用全站仪测量。测

量工作的重点是确定中心位置的坐标,以减少后期坐标拟合的工作难度与工作量。

(2)设置站点扫描。扫描工作进行中,需根据每个区域的特点,选择不同的分辨率,对于全景扫描可以使用较低的分辨率,而对于局部扫描,可使用较高的分辨率。

(3)过滤接收到的点云数据。扫描后得到的数据是带有三维坐标的数据集。为建立三维模型,需筛选所有的数据,清除数据中的杂波,把不属于测量区域的数据删除,并在所有数据的基础上,适当缩小点云的密度,以此提高模型构建的效率。另确定所有坐标的中心点,并与其他坐标拟合,可建立完整的工程坐标系。

(4)以上三个步骤操作结束后,使用建模软件根据最终得到的数据,建立支护结构的三维模型。

二、三维激光扫描的精度影响分析

在对基坑变形进行监测时,三维激光扫描技术的应用效果会受到扫描物体距离的影响,如被扫描物体处于较远位置,则所获取到的数据精度会有所降低,难及时检测出极其微小的变形,因此在远距离检监测过程中,技术人员应到检测现场进行实地勘察,合理进行扫描仪器位置的确定,通常扫描设备不应离被检测设备过远,一般以40至60米距离为最佳,此时所获取的信息数据更加精准。同时,可应用水准仪进行辅助,也可安装全站仪,在这两种设备的辅助下进行多次测量,综合各次测量的平均值,合理进行后视点与测站点实际位置的选择,以此提高扫描精度。此外,可选用点云扫描模式进行标靶扫描,以此增强对基坑变形监测的精确度。

三、三维激光扫描在基坑变形监测中的运用

1、数据的获取

在此阶段当中,运用激光扫描技术对项目的运行状态进行监测就是其最为重要的内容,此时要确立好站点的坐标,并对其进行详细的架设情况分析。如对局部精度测量有较高的要求,应在扫描范围内合理设置控制点,以提高测量的精度。可运用GPS定位技术进行控制点的合理设置,也可运用传统技术手段测量控制点的距离,以此增强云坐标转换的科学性。数据获取阶段是边坡监测工作得以顺利开展的重要保障,在此过程中要对边缘光斑的变形情况加以考量,并注意观测覆盖问题,实现系统边缘进度的有效缩短,进而实现扫描内容的简化。

2、数据的处理与分析

在此阶段进行三维信息数据的分析处理时,会应用到数学工具,且会进行连续性的基坑变形监测,实现长效的监测与分析,以此提高三维激光扫描技术在基坑监测方面的应用效果。

3、监测成果的初步分析

应用三维激光扫描技术基坑变形情况进行监测,在不受到特殊情况干扰的情况下,该系统的视觉效果极佳,且具有一定的艺术表现力,可对被检测空间进行色彩的还原,进而构建出三维立体的空间模型,并实现坐标值与各个空间的有效对应,以使被监测内容更加可视化与立体化。可实现点云数据的统计与分析,并对数据信息进行归纳整理,实现项目分析结构的优化与直观体现,进而为工程项目的监测提供更加精准的信息依据,因此在基坑变形监测过程中,三维激光扫描技术的应用效果较为理想。

四、优化三维激光扫描技术在基坑变形监测中应用效果的有效措施

在现阶段三维激光扫描技术运用在基坑形变检测项目的过程中,应该通过对基坑检测技术的有效分析,构建以下几种技术措施:

(1)通过对三维激光扫面原理的分析可以发现,扫描的距离对点云精度数据的影响因素是相对较大的,其所呈现出的距离变化越远,测量误差也就越大,因此,在整个基坑形变扫描技术运用的过程中,应该根据现场的实际状况,与扫描对象保持在50m的测距以内,并有效提高系统扫描的精确度。

(2)在测站以及后视点坐标分析的过程中,应该采用高精度的全站仪以及水准仪进行工程项目的测量及分析,通过对策测量算出平均值的坐标,从而有效提高测站以及后视点坐标项目中的精准度。

(3)测点以及后视点的项目检测可以采用强制性的对中设备处理技术,从而有效减小扫描测量中对误差现象的影响。

(4)在对象扫描的过程中,检测人员应该注意对标靶的扫描及处理,通过设置小距离的点云扫描技术,保证扫描技术的高精度性,充分保证后期标靶中心点位置的合理性。

(5)对于工程项目的扫描时间而言,可以选择在施工的间歇期间进行,从而有效减少扫描过程中施工所造成的影响,并且在整个过程中应该注意对观测点以及后视点的保护及处理,其目的是为了防止点位在测量的过程中出现破坏的现象。

结语:在应用三维激光技术对基坑的变形情况进行监测时,其获取到的数据精确度较高,同时也可以实现全景观测,并构建出三维立体的监测信息模型,并以系统模型为基础而进行空间姿态的有效分析,进而及时发现基坑的变形情况。三维激光技术的应用可消除监测点变形过程中的其他影响因素,进而使监测数据更加准确,进而实现更加科学、高效的监测。

参考文献:

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