三维激光扫描隧道断面形变监测方法研究

摘要

随着我国城市轨道交通建设的大规模发展，地铁工程诱发的城市繁华区地表形变已成为国家和社会高度关注的公共安全问题，尤其是轨道交通工程建设周期长、运营时间跨度大，从而造成隧道变形因素具有多方位、多层次和时延性。本文在全面分析和总结地铁隧道变形监测及点云数据断面信息提取方法国内外研究现状的基础上，研究点云数据滤波、隧道中线高精度提取、任意位置横断面快速构建的关键技术，旨在建立一种全新的监测方法，寻求地铁隧道断面形变信息快速提取的有效途径，为地铁工程形变监测及运营维护提供借鉴。
　　根据地铁空间狭小、隧道内壁异常坚硬等特点，本文设计并制作了适用于地铁隧道特殊环境、可用于检验三维激光扫描监测精度的反射标贴，并据此建立了地铁隧道精密控制网。
　　针对激光点云数据特点，本文提出采用基于统计特征的滤波原理结合条件欧氏聚类滤波方法，建立了隧道点云数据滤波算法模型，有效剔除了地铁盾构环片上的―非点‖（如螺丝螺栓、金属支架等）；利用改进的ICP算法对点云数据进行配准，实现了隧道三维表面模型（DSM）和数字高程模型（DEM）的高精度构建。
　　本文提出对隧道区间点云在XOY面和YOZ面的投影中值进行二次多项式拟合提取出隧道中线，并根据中线构建隧道内壁任意位置的断面，实现了地铁隧道全方位的空间变化信息的精准表达。
　　本文利用地面三维激光扫描技术在实验区开展对地铁隧道断面形变监测有效性的相关验证工作，通过对两期监测数据进行统计和定量分析，表明了该方法的可行性和实用性。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.3 研究内容及创新

1.4 研究方法与论文组织

2 激光点云数据特点

2.1 地面三维激光扫描系统工作原理

2.2 点云数据特点

2.3本章小结

3点云数据的滤波与配准方法研究

3.1点云数据滤波方法

3.2 地铁隧道点云滤波方法研究

3.3 地铁隧道点云配准方法研究

3.4 本章小结

4 地铁隧道三维激光扫描形变监测关键技术研究

4.1 概述

4.2隧道监测标贴的设计制作与中心提取

4.3隧道断面构建方法

4.4隧道形变的全圆分析法

4.5 本章小结

5 地铁隧道三维激光扫描形变监测

5.1实验概况

5.2 监测方案设计与可行性分析

5.3 隧道断面多期监测数据处理与形变分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 论文创新点

6.3 展望

参考文献

作者简历

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