1.0 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术又称为实景复制技术，通过高速激光扫描测量，可大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，为快速建立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段，其相关行业应用正在普及。

地铁隧道三维激光扫描现场照片

2.0三维智能激光扫描技术的应用研究科研项目

为顺应行业发展的趋势，集团岩土所于2019年在无锡市住房和城乡建设局立项实施了“大数据背景下城市隧道工程质量检测对三维智能激光扫描技术的应用研究”的科研项目，提出了一套可应用于隧道检测与监测的智能系统，实现了基于海量数据存储与可视化、视频数据融合与处理、超大规模数据处理与计算等技术的融合应用，项目于2020年底顺利通过科研结题验收，经专家鉴定研究成果达到了业内先进水平。

研究成果1：基于三维激光扫描技术的隧道变形监测坐标转换模型

地铁隧道空间狭长，三维激光扫描仪有效测量视距受视线入射角度影响较大，根据实测成果分析，理想的入射角度应控制在60°内，故一测站难以完成全部测量任务，需要进行多测站测量。由于每个测站激光扫描数据中所采用的坐标系统均为独立坐标系统，需要通过相邻测站之间的公共点即标靶配准，将各测站的坐标转换到同一个坐标系统中。相邻两坐标系统之间的转换模型为：

如上图所示，假设经过n个测站，将监测区域左侧影响范围外稳定的基准点P的坐标转换到监测区域右侧影响范围外稳定的基准点坐标系统下，要进行n+1次坐标转换，由于基准点位于同一坐标系统下，则经过n+1次坐标转换后P点坐标保持不变。由于转换参数之间有约束条件，故采用有限制条件的间接平差，限制条件为：

将式（1）与式（2）线性化，即可得到附有限制条件的间接平差模型［3］：

求得参数x的协因数阵为

通过附有限制条件的间接平差求出各转换参数的改正值之后，即可通过转换参数求得各测站的坐标，最后计算监测点的坐标。

研究成果2：基于三维激光扫描技术智能监测系统集成

基于三维激光扫描技术智能监测系统由非接触感知系统、智能数据采集系统、数据管理中心、用户服务平台四个子模块组成，可以实现远程控制、数据处理、异常识别与预警、成果发布等功能，系统应用了5G网络、云平台、深度学习、物联网等技术，形成了一套基于三维激光扫描技术的智能化信息管理平台。

目前该项科研成果已成功应用于岩土所承接的无锡高浪路快速化改造涉地铁保护监测项目、徐州第二期轨道交通控制保护区安全监测等项目，取得了良好的应用效果。

三维激光扫描在地铁保护监测项目应用成果

（1）三维模型信息存档，隧道扫描结果可以记录隧道的真实状态，非常直观的展现隧道三维情况，通过多种视角的呈现，给人身临其境的感觉。

（2）隧道病害统计，可以记录隧道的缺陷信息，并可以进行量化，如标注渗水区域或破损区域的面积等等；

（3）隧道断面变形检测，通过扫描隧道结构获得的点云信息，与隧道设计值进行比较，可以得知隧道结构与设计图纸的偏差，通过对比不同时期两次隧道扫描结果，也可以得知隧道结构在此期间的变形情况；

（4）监测互联平台，监测数据通过云平台实现了远程自动计算和发布，并实行了网页端和手机端的多终端查询功能，方便工程技术人员能够快速直观掌握监测变形情况。