1 研究背景
目前自動(dòng)化監(jiān)測技術(shù)在基坑監(jiān)測中已廣泛應(yīng)用，不管是測量機(jī)器人還是高精度的傳感器亦或是系統(tǒng)的集成和數(shù)據(jù)庫的研發(fā)都取得了良好的效果。目前我單位在南京市新街口某深大基坑投入的自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)也一直正常運(yùn)作，保證著基坑及周邊環(huán)境的安全。但實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測需要布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)、埋設(shè)傳感器，工作量大，且監(jiān)測點(diǎn)容易破壞，無法保障數(shù)據(jù)的連續(xù)性。同時(shí)基坑自動(dòng)化監(jiān)測為點(diǎn)式數(shù)據(jù)的采集，分析時(shí)以點(diǎn)代面進(jìn)行區(qū)域的變形分析，分析結(jié)果往往缺乏系統(tǒng)性和整體性。因此，為解決這方面的缺點(diǎn)，我們想到了三維激光掃描。作為測繪領(lǐng)域的又一次技術(shù)革命，三維激光掃描能夠以非接觸的方式快速、精確、全面地獲取研究對象表面的高密度三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，為空間三維信息的獲取提供了全新的技術(shù)手段。它突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)接觸式的數(shù)據(jù)采集，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)采集效率及變形分析完整性。在此背景下，我們以新街口該項(xiàng)目為例開展了三維激光掃描在基坑監(jiān)測應(yīng)用的研究。
2 三維激光掃描的特點(diǎn)
該項(xiàng)目基坑面積約21960m2，基坑周長約703m，基坑開挖深度22.80~25.40m，基坑開挖影響范圍內(nèi)有商場、地鐵車站、地下管線等重要建（構(gòu)）筑物。根據(jù)現(xiàn)場情況，結(jié)合監(jiān)測的精度要求，我們?nèi)S激光掃描儀選用的法如FocusS350。該儀器具有高精度 CCD 攝像機(jī)，通過掃描能夠集成高精度點(diǎn)云與真 實(shí)色彩于一體。掃描儀作業(yè)時(shí)的掃描速度最高可達(dá) 97 萬像素點(diǎn)每秒，而且能夠定義區(qū)域的數(shù)據(jù)，使儀器在更遠(yuǎn)的距離以更高的分辨率采集目標(biāo)。
3 三維激光掃描監(jiān)測工作流程
根據(jù)基坑設(shè)計(jì)平面圖及現(xiàn)場的實(shí)際情況，確定測站、標(biāo)靶及監(jiān)測點(diǎn)的分布。根據(jù)基坑空間尺寸測站采用自由架站，一共架設(shè)8站。監(jiān)測點(diǎn)利用強(qiáng)制對中裝置，可以同時(shí)放置棱鏡及標(biāo)靶。現(xiàn)場設(shè)置5個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)設(shè)置標(biāo)靶，標(biāo)靶測量精度是三維點(diǎn)云精度的前提，我們利用 TM50 全 站 儀 ( 測 角 精 度 ± 0. 5″，測 距 精 度 0.6 mm+1 ppm) ，精確測定標(biāo)靶的中心坐標(biāo)，用于獲取三維點(diǎn)云的絕對坐標(biāo)及高程。每兩站之間至少有 3個(gè)公共標(biāo)靶可見，激光掃描時(shí)同步掃描標(biāo)靶，用于數(shù)據(jù)后處理時(shí)兩站之間的拼接。采用 Super High 分辨度對標(biāo)靶進(jìn)行局部掃描，用 Middle 分辨率進(jìn)行基坑側(cè)壁掃描，單站掃描時(shí)間約 8min。掃描獲得的數(shù)據(jù)是帶有三維坐標(biāo)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入法如SCENE后處理軟件，對點(diǎn)云過濾，刪除多余數(shù)據(jù)，降低點(diǎn)云密度，提高后續(xù)處理的效率。點(diǎn)云過濾后進(jìn)行點(diǎn)云拼接，利用兩個(gè)標(biāo)靶進(jìn)行拼接，第三個(gè)標(biāo)靶作為多余觀測，進(jìn)行平差計(jì)算，提高拼接精度。本項(xiàng)目在基坑開挖、底板澆筑及支撐拆除過程中共分三次進(jìn)行基坑三維激光掃描。
4 建議及展望
目前正在進(jìn)行各期點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接精度分析、三維建模及變形分析對比，在點(diǎn)云去噪、配準(zhǔn)、拼接建模過程中，對三維激光掃描在基坑監(jiān)測中的應(yīng)用有以下思考：
（1）該項(xiàng)目基坑監(jiān)測采用站式三維激光掃描儀，對于空間尺度較大的基坑需要搬站，后期處理需要拼接，高比例重疊產(chǎn)生大量冗余數(shù)據(jù)，對后續(xù)的工作帶來了巨大的工作量，同時(shí)也干擾了變形分析。
（2）對于空間尺度較大基坑多站拼接會(huì)影響到最后的監(jiān)測精度，達(dá)不到預(yù)想的效果。掃描距離的遠(yuǎn)近同樣影響點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度。因此，三維激光掃描在小尺度基坑監(jiān)測中會(huì)有更好的效果。
（3）三維激光掃描針對基坑監(jiān)測時(shí)，監(jiān)測頻率低，不能保證實(shí)時(shí)監(jiān)測并及時(shí)掌握基坑的變形發(fā)展趨勢，因此只能在基坑風(fēng)險(xiǎn)較大區(qū)域、周邊環(huán)境敏感區(qū)域進(jìn)行選擇性的變形分析。
（4）基坑工程場地機(jī)械設(shè)施眾多、周邊環(huán)境復(fù)雜，獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有海量化和高密度的特點(diǎn)，后期處理工作量極大。因此，針對基坑工程的特點(diǎn)研發(fā)具有針對性的點(diǎn)云處理程序?qū)τ谔岣邤?shù)據(jù)處理效率、保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性具有重要的意義。
（5）點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，建立的基坑三維模型具有可視化及高精度的特點(diǎn)，因此可考慮三維激光掃描技術(shù)在驗(yàn)證基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)基坑工程施工質(zhì)量方面的作用。
