胡超+趙春菊+周宜紅+潘志國(guó)

摘要：邊坡開挖與質(zhì)量評(píng)價(jià)是水利工程建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何高效、全面、直觀地對(duì)開挖工程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)是工程建設(shè)各方關(guān)注的問題。針對(duì)水利工程邊坡開挖過程中數(shù)據(jù)采集、處理效率低及指標(biāo)不完整的問題，結(jié)合規(guī)范中的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)及三維激光掃描獲取的開挖面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，引入粗糙度的概念分別構(gòu)建一維斷面線比值、二維開挖面測(cè)點(diǎn)超欠挖值及方差、三維表面投影比等多維度的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)開發(fā)了邊坡質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)，以對(duì)開挖邊坡進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。最后，通過對(duì)某工程實(shí)例分析表明，上述多維度的指標(biāo)能夠全面直觀地反映開挖質(zhì)量情況，通過評(píng)價(jià)系統(tǒng)能為邊坡開挖現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)與控制提供實(shí)時(shí)、全面的信息支撐。

關(guān)鍵詞：粗糙度；邊坡開挖；質(zhì)量評(píng)價(jià)；三維激光掃描；點(diǎn)云

中圖分類號(hào)：P642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

16721683（2017）06015106

Abstract：Slope excavation and quality evaluation is the key process in hydraulic engineeringHow to evaluate the quality of the excavation work efficiently，comprehensively，and directly is the concern of engineering constructionThis research was intended to tackle the problems of inefficient data acquisition and processing and incomplete indicators in the process of slope excavationWe adopted the quality evaluation indicators in technical specifications，utilized the reference design data and the excavated surface point cloud data obtained by 3D laser scanning，and introduced the roughness conceptWith these，we established multidimensional quality evaluation indicators including the onedimensional section line ratio，the twodimensional variance of overunderexcavation value，and the threedimensional surface projection ratioMeanwhile，we developed a quality evaluation system for slope excavationA case study showed that the abovementioned multidimensional indicators could comprehensively and directly reflect the excavation quality and provide realtime and comprehensive information support for the quality evaluation and control of slope excavation on site

Key words：roughness；slope excavation；quality assessment；threedimensional laser scan；point cloud

邊坡開挖是水電工程建設(shè)中的關(guān)鍵工序，其質(zhì)量直接影響到工程的建設(shè)目標(biāo)及安全。邊坡開挖工程必須符合工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制開挖質(zhì)量。規(guī)范[12]要求開挖后應(yīng)及時(shí)對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行檢查（自檢）和處理，開挖測(cè)量范圍為開挖輪廓面和開挖斷面，開挖驗(yàn)收主要內(nèi)容包括基礎(chǔ)輪廓尺寸、控制點(diǎn)高程和超欠挖情況。在質(zhì)量檢查過程中，當(dāng)前主要使用全站儀或RTK等單點(diǎn)測(cè)量工具對(duì)開挖面控制點(diǎn)坐標(biāo)逐點(diǎn)測(cè)量，對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以判斷超欠挖、不平整度等質(zhì)量情況[34]。然而，單點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集精度易受外界環(huán)境因素的影響，且由于開挖面為不規(guī)則空間曲面，采集點(diǎn)數(shù)量有限，其代表性難以保障，因而無法準(zhǔn)確、全面地反映開挖面的質(zhì)量。大尺度三維激光掃描技術(shù)具有高精度、高密度、高速度及免接觸等特點(diǎn)，能夠極大地提高數(shù)據(jù)采集效率、數(shù)量與質(zhì)量[56]，目前在地形測(cè)繪[78]、工程監(jiān)測(cè)[910]、建筑工業(yè)[1112]等方面得到廣泛應(yīng)用。利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)邊坡質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，筆者依據(jù)相關(guān)規(guī)范，建立了部分指標(biāo)[1314]，但評(píng)價(jià)體系依然不夠完善。因此，能否有效利用三維激光掃描獲取的海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的邊坡開挖質(zhì)量分析與控制，提高質(zhì)量評(píng)價(jià)的直觀性和準(zhǔn)確性，關(guān)鍵在于建立適用于海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和高效的評(píng)價(jià)方法。

本文以規(guī)范中的開挖質(zhì)量評(píng)價(jià)要素為基礎(chǔ)，將地表粗糙度的概念引入邊坡開挖工程，利用三維激光掃描獲取的開挖面點(diǎn)云數(shù)據(jù)與工程設(shè)計(jì)資料，分別構(gòu)建一維斷面線比值、二維開挖面測(cè)點(diǎn)超欠挖值方差、三維表面基準(zhǔn)投影關(guān)系比等三項(xiàng)粗糙度質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)開挖邊坡展開分析。利用基于以上三項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)建立的邊坡開挖評(píng)價(jià)系統(tǒng)能快速、直觀地對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1粗糙度評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立

粗糙度一般有兩種理解[15]，一種從空氣動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，也稱空氣動(dòng)力學(xué)粗糙度；另一種是將地面凹凸不平的程度定義為粗糙度，也稱為地表微地形，通過實(shí)際測(cè)量求得，為本文討論的粗糙度。地表粗糙度是一個(gè)無量綱指標(biāo)，通過測(cè)量某一面積內(nèi)或某一截面上的若干點(diǎn)距參照基準(zhǔn)面的高度，用各點(diǎn)的高度變化來反映地面的起伏程度[1617]，該指標(biāo)可對(duì)不同尺度量級(jí)的地表數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一評(píng)價(jià)。由于邊坡開挖面具有地形相似特征，將地表粗糙度的概念引入邊坡開挖質(zhì)量控制中能夠擴(kuò)展現(xiàn)有的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[18]，更全面地對(duì)開挖質(zhì)量進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。本文依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范中的評(píng)價(jià)指標(biāo)并結(jié)合三維激光掃描獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)特點(diǎn)，分別建立了一維、二維和三維開挖面質(zhì)量粗糙度評(píng)價(jià)指標(biāo)。endprint

11一維粗糙度指標(biāo)

一維粗糙度參考節(jié)理巖體粗糙度（JRC）的定義，為裂隙兩面壁對(duì)參考坐標(biāo)的相對(duì)高差，利用分形的方法對(duì)假設(shè)剖面和實(shí)際剖面的折線長(zhǎng)比值進(jìn)行計(jì)算[19]。據(jù)此，在開挖面質(zhì)量評(píng)價(jià)中，對(duì)任意開挖斷面，測(cè)量其長(zhǎng)度，以設(shè)計(jì)斷面線長(zhǎng)度為基準(zhǔn)，將兩者的比值定義為一維粗糙度，即：

R1i=[SX（]Lai[]Ldi（1）

式中：Lai為第i條斷面線的實(shí)際長(zhǎng)度；Ldi為第i條斷面線的基準(zhǔn)長(zhǎng)度。

由此，R1i的值越趨于1，說明所取斷面開挖越光滑，開挖質(zhì)量越好。然而，一維粗糙度只能反映特定開挖斷面的與設(shè)計(jì)斷面的相對(duì)比值，不反映斷面中超欠挖情況。為解決這種情況，建立二維粗糙度指標(biāo)。

12二維粗糙度指標(biāo)

在地形分析中，最常用也是最簡(jiǎn)單的參數(shù)是均方根高度，即觀測(cè)樣本集的標(biāo)準(zhǔn)差：

σ=[JB（{][SX（]1[]n-1∑[DD（]n[]i=1[DD）][JB（[]z（xi）-[AKz-][JB）]]2[JB）}]12（2）

式中：n為觀測(cè)樣本點(diǎn)的數(shù)量；[AKz-]為所有觀測(cè)樣本點(diǎn)的平均地面高度。

一般地，地表越粗糙，均方根高度越大。但是邊坡工程多為傾斜面，無統(tǒng)一基準(zhǔn)平面，且開挖形成的表面伴有較大的隨機(jī)成分[20]，均方根高度描述的是各孤立位置的特征。因此，結(jié)合開挖工程的特征對(duì)式（2）進(jìn)行改進(jìn)，以開挖面上測(cè)點(diǎn)到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面的距離的均方差作為二維粗糙度評(píng)價(jià)指標(biāo)，表達(dá)為：

R2i=[JB（[][SX（]1[]n∑[DD（]n[]i=1[DD）]（Δzi）2[JB）]]12（3）

Δzi=[SX（]Axi+Byi+Czi+D[][KF（]A2+B2+C2[KF）]（4）

式中：n為開挖面上所有有效測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量；Δzi是實(shí)測(cè)開挖面上第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面垂直距離；A，B，C，D為基準(zhǔn)面的平面方程Ax+By+Cz+D=0的系數(shù)。

工程中，Δzi應(yīng)有正有負(fù)，正表示測(cè)點(diǎn)在設(shè)計(jì)平面之上，為欠挖值，負(fù)則為超挖值。當(dāng)測(cè)點(diǎn)數(shù)量足夠多且分布均勻時(shí)，上式能整體對(duì)開挖面的質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)超欠挖控制標(biāo)準(zhǔn)及Δzi的值分別建立超挖集{Cj}、欠挖集{Qk}、合格集{Hm}（其中j+k+m=n），依據(jù)Δzi值分別存入相應(yīng)的集合中，可計(jì)算開挖質(zhì)量分布、合格率等指標(biāo)。將{Cj}、{Qk}、{Hm}中值分別帶入式（3）即得開挖面的超挖粗糙度Rc、欠挖粗糙度Rq及合格粗糙度Rh三個(gè)子指標(biāo)，也可依據(jù)R2i對(duì)開挖面整體進(jìn)行評(píng)價(jià)。

[JP3]通過指標(biāo)R2i的計(jì)算和分析，可以得到開挖平面的質(zhì)量評(píng)價(jià)量化結(jié)果，其值越?。ㄚ呌诹悖磳?shí)際開挖面上的測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)面越靠近，開挖質(zhì)量越好。當(dāng)測(cè)點(diǎn)數(shù)量過少甚至缺失時(shí)，可使用三維粗糙度指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

13三維粗糙度指標(biāo)

三維粗糙度是由測(cè)點(diǎn)生成開挖面三角網(wǎng)格模型，分析實(shí)際開挖面網(wǎng)格模型的面積之和與基準(zhǔn)面的面積比。其構(gòu)造過程如下：首先通過三維激光掃描儀對(duì)開挖面進(jìn)行掃描，得到開挖面表面的空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)篩分得到基準(zhǔn)面控制點(diǎn)范圍以內(nèi)的點(diǎn)云；編寫三角網(wǎng)格模型算法基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成開挖面整體三角網(wǎng)格模型，并計(jì)算網(wǎng)格模型中各三角形面積之和，與基準(zhǔn)面面積進(jìn)行比較，見圖1。

圖1中，上部為實(shí)際開挖面，下部為基準(zhǔn)面，對(duì)開挖面三角網(wǎng)格模型中任一三角形ABC，其頂點(diǎn)坐標(biāo)分別為（xa，ya，za）、（xb，yb，zb）、（xc，yc，zc），依據(jù)公式S=[KF（]l（l-a）（l-b）（l-c）[KF）]（l為三角形周長(zhǎng)；a，b，c分別為三角形的三邊周長(zhǎng)）求得三角形面積為SABC，令A(yù)BC在設(shè)計(jì)開挖面上的投影為A′B′C′，其面積為SA′B′C′，則三維粗糙度表示為：

Rr=[SX（]SABC[]SA′B′C′（5）

[JP3]對(duì)于整個(gè)開挖面來說，其整體粗糙度可以表示為：

Rr=[SX（]∑[DD（]n[]i=1[DD）]Si[]∑[DD（]n[]i=1[DD）]Si[KG-3]′=[SX（]∑[DD（]n[]i=1[DD）]Si[]St （6）

式中：n為三角網(wǎng)格模型中三角形的個(gè)數(shù)；Si為三角網(wǎng)模型中第i個(gè)三角形的面積；St為設(shè)計(jì)開挖面面積。由上式分析可知，Rr∈[1，∞），Rr越接近1，開挖面越光滑，開挖質(zhì)量越好，反之質(zhì)量越差。由定義可知，三維粗糙度指標(biāo)能夠覆蓋整個(gè)開挖面，可彌補(bǔ)由于點(diǎn)缺失引起的指標(biāo)不完整的情況。

[JP5]2基于粗糙度指標(biāo)的開挖面數(shù)據(jù)分析與系統(tǒng)開發(fā)

在構(gòu)建上述評(píng)價(jià)指標(biāo)過程中，本文對(duì)基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的快速處理方法進(jìn)行了研究，建立了基準(zhǔn)面方程的快速擬合方法及三角網(wǎng)模型快速生成方法，同時(shí)開發(fā)了開挖面質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

21擬合基準(zhǔn)面平面方程

[HJ15mm]在二維粗糙度計(jì)算中，建立準(zhǔn)確的基準(zhǔn)面平面方程是關(guān)鍵基礎(chǔ)工作。邊坡開挖中設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面一般為平面，基準(zhǔn)面方程的一般表達(dá)式為：

Ax+By+Cz+D=0，（C≠0）

記：a0=-[SX（]A[]C，a1=-[SX（]B[]C，a2=-[SX（]D[]C，則平面方程變換為：z=a0x+a1y+a2。

基準(zhǔn)面平面方程可利用設(shè)計(jì)控制點(diǎn)（xi，yi，zi），i=0，1，…n-1擬合，應(yīng)使S=∑[DD（]n-1[]i=0[DD）]（a0x+a1y+a2-z）2最小，即：

[SX（]S[]ak=0，k=0，1，2（7）

同時(shí)為滿足工程需要，則應(yīng)滿足以下條件：

0≤S≤min（D2l，D2s）（8）[HJ]

式中：Dl，Ds分別為最大欠挖和最大超挖控制標(biāo)準(zhǔn)值，通過對(duì)式（7）變換得到以下矩陣：[HJ15mm]endprint

[JB（|][HL（3]∑x2i[]∑xi

yi[]∑xi

∑xiyi[]∑y2i[]∑yi

∑xi[]∑yi[]n[JB）|]

[JB（（]a0a1a2=[JB（（]∑xizi∑yizi∑zi

（9）[HJ]

求解上述方程組得到a0，a1，a2，反向即可求得A，B，C，D，得到基準(zhǔn)面方程。

22構(gòu)建基于逐點(diǎn)插入的開挖面點(diǎn)云三角網(wǎng)格模型

三維粗糙度評(píng)價(jià)中，需要利用開挖面點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立其三維模型并計(jì)算面積。利用激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向建模是目前逆向工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)逆向構(gòu)建開挖面的三角網(wǎng)格模型能夠直觀、準(zhǔn)確地反映開挖面形態(tài)。三角網(wǎng)模型生成中運(yùn)用最廣泛的就是Delaunay算法，目前Delaunay算法主要為分割合并算法、逐點(diǎn)插入法、三角網(wǎng)生長(zhǎng)算法等[2122]。結(jié)合邊坡開挖面激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)特點(diǎn)，本文采用逐點(diǎn)插入法構(gòu)建開挖面網(wǎng)格模型，其基本步驟為：（1）讀取開挖面掃描點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)；（2）獲取開挖面控制點(diǎn)范圍內(nèi)坐標(biāo)數(shù)據(jù)并剔除范圍外數(shù)據(jù)；（3）以X或Y坐標(biāo)最小值為起點(diǎn)，搜尋獲取點(diǎn)集外圍邊界；（4）依據(jù)邊界及內(nèi)部點(diǎn)生成三角網(wǎng)。逐點(diǎn)插入法示意圖見圖2。

23建立邊坡開挖質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)

基于上述理論，開發(fā)完成了邊坡質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可通過讀取設(shè)計(jì)開挖基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、實(shí)際開挖面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，分別從一維、二維、三維角度對(duì)開挖面質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中一維分析可生成任意位置、任意剖面斷面對(duì)比圖及粗糙度指標(biāo)；[HJ]二維分析可對(duì)控制點(diǎn)平面方程快速擬合、自動(dòng)剔除導(dǎo)入數(shù)據(jù)中控制點(diǎn)范圍以外數(shù)據(jù)并得到開挖面測(cè)點(diǎn)超欠挖值方差，繪制超欠挖值分布圖；三維分析可快速生成開挖面三角網(wǎng)模型，計(jì)算開挖表面基準(zhǔn)投影關(guān)系比。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)識(shí)別、處理與分析，可高效、實(shí)時(shí)地對(duì)開挖面質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。該系統(tǒng)二維分析界面見圖3。

3工程應(yīng)用研究

某水電工程位于西南地區(qū)，地質(zhì)條件較差且壩址兩岸岸坡呈不對(duì)稱分布，左岸地形平順、右岸陡峭，陡峭的地勢(shì)為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)測(cè)量帶來不便。為控制主體工程開挖質(zhì)量，邊坡開挖過程中采用Leica HDS8800三維激光掃描儀對(duì)開挖面進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。該掃描系統(tǒng)采用脈沖式激光掃描，水平視場(chǎng)360°，垂直視場(chǎng)80°，最大掃描距離2 000 m，最大誤差為50 mm2 000 m，掃描距離與精度能滿足水電工程邊坡開挖要求。在掃描過程中與全站儀后視配合，通過定位掃描儀坐標(biāo)能直接將掃描對(duì)象的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為實(shí)際大地坐標(biāo)，可減少后期數(shù)據(jù)配準(zhǔn)及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作量。為實(shí)現(xiàn)開挖過程的全記錄，在工程施工過程中分別在開挖前、開挖后及處理完成后對(duì)開挖面進(jìn)行掃描。

本文以右岸某開挖區(qū)某開挖面（見圖4）為例運(yùn)用上述指標(biāo)對(duì)質(zhì)量進(jìn)行分析。

31開挖數(shù)據(jù)預(yù)處理

根據(jù)開挖面設(shè)計(jì)資料建立設(shè)計(jì)模型，通過點(diǎn)離散及插值的方法按高程等間距生成設(shè)計(jì)開挖面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，見圖5。每條線間距為1m，得到設(shè)計(jì)點(diǎn)約8萬個(gè)。實(shí)際開挖面掃描后得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)見圖6，點(diǎn)數(shù)量約50萬個(gè)。

32一維粗糙度

從開挖面中任意選擇2個(gè)連續(xù)斷面進(jìn)行分析，斷面間距為5 m，斷面粗糙度結(jié)果見圖7，斷面的分析結(jié)果見表1。

從圖7中可知，開挖面在不同斷面處斷面形狀均不相同，各斷面均存在一定程度的超挖，沒有出現(xiàn)欠挖的情況，下部超挖量比上部大，計(jì)算得到一維粗糙度R1在1附近，斷面較光滑?？梢娨痪S粗糙度指標(biāo)可實(shí)現(xiàn)對(duì)是否存在超挖或欠挖的定性分析，不能得到定量分析結(jié)果，需要進(jìn)一步補(bǔ)充評(píng)價(jià)指標(biāo)。

33二維粗糙度

依據(jù)工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，本工程中邊坡開挖最大允許超挖為20 cm，最大允許欠挖為10 cm。由設(shè)計(jì)資料可知，開挖面由4個(gè)控制點(diǎn)形成多邊形坡面，其坐標(biāo)見表2。由21中的方法計(jì)算得到平面方程的系數(shù)分別為A=-135935880，B=-005276189，C= 10，D=101885079581，將控制點(diǎn)坐標(biāo)（x，y）帶入平面方程計(jì)算擬合平面與控制點(diǎn)z的誤差，結(jié)果見表2中Δz列，誤差均控制在±0001 m，擬合平面效果較好，能滿足實(shí)際需要。

根據(jù)擬合的平面方程，將開挖面的點(diǎn)數(shù)據(jù)點(diǎn)逐一帶入式（4）中計(jì)算Δzi并分別按其值計(jì)入{Cj}、{Qk}、{Hm}，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果見圖8，其中粉色為超挖、紅色為欠挖、綠色為合格。

由圖8可知，上坡腳開挖面質(zhì)量多為合格，邊緣存在少量欠挖點(diǎn)，下坡腳部分全部超挖，而超挖情況較為嚴(yán)重，計(jì)算得到整體粗糙度R2=0522，指標(biāo)偏大，其中超挖粗糙度0573，欠挖粗糙度0227，合格點(diǎn)粗糙度0128，從粗糙度指標(biāo)中可知，該開挖面超挖情況較為嚴(yán)重。由圖8可知，掃描獲取的點(diǎn)數(shù)據(jù)分布不均勻，上部和左下角點(diǎn)密度較大，而右下角點(diǎn)較為稀疏，采用三維粗糙度進(jìn)行進(jìn)一步評(píng)價(jià)。

34三維粗糙度

三維粗糙度通過開挖面三角網(wǎng)的面積之和與原設(shè)計(jì)面積的比值來評(píng)判。依據(jù)設(shè)計(jì)控制點(diǎn)建立的開挖基準(zhǔn)面模型，見圖9。根據(jù)掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)先剔除控制點(diǎn)以外的數(shù)據(jù)，然后運(yùn)用22中方法生成開挖面三角網(wǎng)模型，見圖10。

計(jì)算得到基準(zhǔn)面面積St=1 321752 m2。點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理后剩余點(diǎn)21 0581個(gè)，生成的三角網(wǎng)模型包含三角形421 070個(gè)，計(jì)算得到面積和∑[DD（]n[]t=1[DD）]St=1 456553 m2，三維粗糙度R3=1102，說明此開挖面較基準(zhǔn)面偏移較大，綜合一維、二維粗糙度可知該值偏大主要是由超挖引起，建議施工過程中應(yīng)該注意控制開挖面輪廓，確保與設(shè)計(jì)方案的符合。

4結(jié)論

三維激光掃描技術(shù)較傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)測(cè)量方式在范圍、精度和效率方面有明顯優(yōu)勢(shì)，且三維激光掃描能以非接觸的方式對(duì)開挖面進(jìn)行掃描，減少對(duì)施工的干擾和影響。現(xiàn)行規(guī)范中對(duì)邊坡開挖質(zhì)量檢查主控項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)數(shù)量較少，難以完整地對(duì)開挖面整體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，且無法較好地反映出點(diǎn)云數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)的優(yōu)勢(shì)和精度，本文建立的三項(xiàng)指標(biāo)能分別從斷面、超欠挖量及整體開挖面形態(tài)的角度對(duì)質(zhì)量進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，較傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)范圍更全面，可在開挖過程中實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)開挖面質(zhì)量。開發(fā)的開挖面粗糙度評(píng)價(jià)系統(tǒng)能利用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)際開挖面掃描數(shù)據(jù)直接進(jìn)行分析。通過對(duì)實(shí)際工程分析，三個(gè)指標(biāo)可從不同維度對(duì)開挖質(zhì)量進(jìn)行效評(píng)價(jià)，相比傳統(tǒng)的方法更為直觀和全面，在實(shí)際工程應(yīng)用中能提高分析效率和精度，對(duì)工程有一定的指導(dǎo)意義。endprint

參考文獻(xiàn)（References）：

[1]DLT 5389-2007水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范[S]（DLT 5389-2007Construction technical specifications on rockfoundation excavating engineering of hydraulic structure[S]（in Chinese）

[2]SL 631-2012水利水電工程單元工程施工質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)土石方工程[S]（ SL 631-2012Inspection and assessment standard for separated item project construction quality of water conservancy and hydroelectric engineeringearthrock works [S]（in Chinese））

[3]張志英，何昆邊坡監(jiān)測(cè)方法研究[J]土工基礎(chǔ)2006，20（3）：8284ZHANG Z Y，HE KA study on slope monitoring system and methods [J]Soil Engineering and Foundation，2006，20（3）：8284（in Chinese））

[4]朱紅兵，孫志禹溪洛渡拱肩槽開挖質(zhì)量控制與監(jiān)測(cè)反饋[J]水利與建筑工程學(xué)報(bào)2010，8（4）：2932ZHU H B，SUN Z YQuality control and monitoring for abutment groove excavation of Xiluodu Arch Dam[J]Journal of Water Resources and Architectural Engineering，2010，8（4）：2932（in Chinese））

[5]董秀軍，黃潤(rùn)秋三維激光掃描技術(shù)在高陡邊坡地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用[J]巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)2006，25（S2）：36293635（DONG X J，HUANG R Q，Application of 3D laser scanning technology to geologic survey of high and steep slope[J]Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering2006，25（S2）：26293635（in Chinese））

[6]DU J，TENG H3D laser scanning and GPS technology for landslide earthwork volume estimation[J]Automation in Construction2007，16（5）：657663http：dxDOI：org101016 jautcon200611002

[7]楊天俊三維激光掃描技術(shù)在拉西瓦水電站工程中的應(yīng)用[J]西北水電2013，1（1）：46YANG T J，[HJ183mm]

Application of 3D laser scanning technology in construction of Laxiwa Hydropower Project[J]Northwest Water Power，2013，1（1）：46（in Chinese））

[8]胡奎，王麗英三維激光掃描技術(shù)在精細(xì)地形圖繪制中的應(yīng)用[J]遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2013，32（7）：953956（HU K，WANG L Y，Application of threedimensional laser scanning technology in fine topographic map [J]Journal of Liaoning Technical University （Natural Science Edition） ，2013，32（7）：953956（in Chinese））

[9]托雷，康志忠，謝遠(yuǎn)成，等利用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的地鐵隧道斷面連續(xù)截取方法研究[J]武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版）2013，38（2）：171175（TUO L，KANG Z Z，XIE Y C，et alContinuously vertical section abstraction for deformation monitoring of subway tunnel based on terrestrial point clouds[J]Geomatics and Information Science of Wuhan University2013，38（2）：171175（in Chinese））

[10][ZK（#]HAN S，CHO H，KIM S，et alAutomated and efficient method for extraction of tunnel cross sections using terrestrial laser scanned data[J]Journal of Computing in Civil Engineering2013，27（3）：274281DOI：101061（ASCE）CP194354870000211

[11]LEE J，SON H，KIM C，et alSkeletonbased 3D reconstruction of asbuilt pipelines from laserscan data[J]Automation in Construction2013，35：199207http：dxDOI：org101016jautcon201305009endprint

[12]Martínez J，SORIAMEDINA A，ARIAS P，et alAutomatic processing of Terrestrial Laser Scanning data of building fa[KG-3][SX（B-25]c[]，ades[J]Automation in Construction2012，22：298305DOI：101016jautcon201109005

[13]胡超，周宜紅，趙春菊，等基于三維激光掃描數(shù)據(jù)的邊坡開挖質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究[J]巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)2014，33（S2）：39793984（HU C，ZHOU Y H，ZHAO C J，et alSlope excavation quality evaluation based on threedimensional laser scan data[J]Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering2014，33（S2）：39793984（in Chinese））DOI：1013722jcnkijrme2014s2074

[14]HU C，ZHOU Y，ZHAO C，et alSlope excavation quality assessment and excavated volume calculation in hydraulic projects based on laser scanning technology[J]Water Science and Engineering2015，8（2）：164173http：dxDOI：org101016jwse201503001

[15][JP3]呂悅來，李廣毅地表粗糙度與土壤風(fēng)蝕[J]土壤學(xué)進(jìn)展1992，6（6）：3842（LV Y L，LI G Y，Surface roughness and soil erosion[J]Progress in Soil Science1992，6（6）：3842（in Chinese））

[16]江沖亞，方紅亮，魏珊珊地表粗糙度參數(shù)化研究綜述[J]地球科學(xué)進(jìn)展2012，27（3）：292303（JIANG C Y，F(xiàn)ANG H L，WEI S SReview of land surface roughness parameterization study[J]Advances in Earth Science，2012，27（ 3） ：292303.（in Chinese））

[17]李曉潔，趙凱，鄭興明基于激光三角法的地表粗糙度測(cè)試儀的研制[J]農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2012，28（8）：116121（LI X J，ZHAO K，ZHENG X MDevelopment of surface roughness tester based on laser triangulation method[J]Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering （Transactions of the CSAE），2012，28（8）：116121（in Chinese））

[18][ZK（#]卞小林地表粗糙度的計(jì)算研究[J]通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)2008，29（8）：111113（BIAN X LSurface roughness calculation study [J]Journal of Tonghua Normal University2008，29（8）：111113（in Chinese））

[19]SEIDEL J P，HABERFIELD C M，楊翠珠節(jié)理粗糙度研究的新進(jìn)展[J]地質(zhì)科學(xué)譯叢1996（2）：7078（SEIDEL J P，HARBERFIELD C M，YANG C ZTowards an understanding of joint roughness [J]Journal of Geoscience Translations1996，13（2）：70：78（in Chinese））

[20]張慧娟，孫宇瑞，林劍輝，等不同粗糙度尺度下預(yù)測(cè)表層土壤孔隙率量化指數(shù)比較研究[J]應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)2009，17（1）：6976（ZHANG H J，SUN Y R，LIN J H，et alComparative study on predicting porosity by different roughness indices[J]Journal of Basic Science and Engineering，2009，17（1）：6976（in Chinese））

[21]胡金星，潘懋，馬照亭，等高效構(gòu)建Delaunay三角網(wǎng)數(shù)字地形模型算法研究[J]北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2003，39（5）：736741（HU J X，PAN M，MA Z T，et alStudy on faster algorithm for constructing Delaunay triangulations DTM[J]Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis2003，39（5）：736741（in Chinese））

[22]黃培之基于等高線特性的三維表面重建方法的研究[J]武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版）2005，30（8）：668672（HUANG P Z3D Terrain surface reconstruction with contour data[J]Geomatics and Information Science of Wuhan University，2005，30（8）：668672 （in Chinese））endprint