国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

三維激光掃描技術(shù)在公路隧道測(cè)量中的應(yīng)用

2022-11-21 13:06汪貴鵬
技術(shù)與市場(chǎng) 2022年11期
關(guān)鍵詞:測(cè)設(shè)縱斷面橫斷面

汪貴鵬

(三和數(shù)碼測(cè)繪地理信息技術(shù)有限公司,甘肅 天水 741000)

0 引言

三維激光掃描技術(shù)突破了傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量方法,具有高效率、高精度的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[1-2]。針對(duì)地下溶腔等地形,傳統(tǒng)測(cè)量手段均無(wú)法完整準(zhǔn)確地獲取溶腔的位置信息,同時(shí)由于地下沒(méi)有GNSS信號(hào),所以無(wú)人機(jī)、RKT等測(cè)量手段也無(wú)法獲取地下地形[3-4],而采用全站儀測(cè)量,工程進(jìn)度較慢,且測(cè)量點(diǎn)數(shù)較小,無(wú)法真實(shí)反應(yīng)整個(gè)溶腔形態(tài)[5]。因此采用背包式激光掃描儀,對(duì)在高速公路隧道段出現(xiàn)的溶腔進(jìn)行三維激光掃描,得到溶腔整體三維激光點(diǎn)云。

1 工程實(shí)例

某高速公路隧道段,在掌子面施工至ZK154+765,拱頂揭露出一大型干溶洞,縱向長(zhǎng)約60 m,環(huán)向?qū)捈s30 m,徑向高約25 m,溶洞內(nèi)填充物為泥土、孤石混合堆積物,厚度10~15 m,左側(cè)空溶洞往前延伸約50 m看不到盡頭,右側(cè)空溶腔,往右70~80 m看不到盡頭,拱頂孤石穩(wěn)定狀態(tài)難以判斷,有少量水滲出。由于溶腔構(gòu)造不規(guī)則,傳統(tǒng)測(cè)量手段均無(wú)法全面準(zhǔn)確地描述溶腔整體特征特貌,故采用激光掃描儀對(duì)溶腔進(jìn)行掃描,得到溶腔的三維模型;由于溶腔體積小,故采用背包式激光掃描儀對(duì)溶腔進(jìn)行掃描。

2 三維激光點(diǎn)云掃描及建模

2.1 三維激光掃描介紹

SLAM激光掃描系統(tǒng)主要由激光掃描儀(Laser Scanner)、慣性測(cè)量單元(Inertial measurement unit,簡(jiǎn)稱IMU)與SLAM算法(simultaneous localization and mapping)3個(gè)部分組成。由激光測(cè)距儀的激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖,打在物體上并反射回來(lái),最終被激光測(cè)距儀的接收器所接收。接收器準(zhǔn)確地測(cè)量光脈沖從發(fā)射到反射回的傳播時(shí)間。因?yàn)楣饷}沖以光速傳播,所以接收器總會(huì)在下一個(gè)脈沖發(fā)出之前收到前一個(gè)反射回的脈沖。鑒于光速是已知的,傳播時(shí)間即可轉(zhuǎn)換為對(duì)距離的測(cè)量,結(jié)合激光器的高度和激光掃描角度,就可以準(zhǔn)確地計(jì)算出空間每一點(diǎn)的坐標(biāo)x、y、z信息。

慣性測(cè)量單元是測(cè)量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置。一個(gè)IMU包含了3個(gè)單軸的加速度計(jì)和3個(gè)單軸的陀螺,加速度計(jì)檢測(cè)物體在載體坐標(biāo)系統(tǒng)獨(dú)立三軸的加速度信號(hào),而陀螺檢測(cè)載體相對(duì)于導(dǎo)航坐標(biāo)系的角速度信號(hào),測(cè)量物體在三維空間中的角速度和加速度,并以此解算出物體的姿態(tài),在導(dǎo)航中有著很重要的應(yīng)用價(jià)值。

SLAM算法是這3個(gè)部分中最重要的,SLAM算法的好壞決定了解算出的移動(dòng)軌跡的精準(zhǔn)度,移動(dòng)軌跡的精準(zhǔn)度決定了空間場(chǎng)景三維數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。SLAM算法根據(jù)激光測(cè)距儀所獲得三維數(shù)據(jù)中時(shí)間軸上共同的特征點(diǎn)加上IMU獲取的姿態(tài)數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)解算設(shè)備從出發(fā)點(diǎn)移動(dòng)的距離、角度信息,逆向地構(gòu)建連續(xù)的空間場(chǎng)景數(shù)據(jù),即被動(dòng)式依據(jù)當(dāng)前周圍場(chǎng)景的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算出連續(xù)的空間數(shù)據(jù)。

2.2 三維激光掃描

采用SLAM背包式激光掃描儀對(duì)溶腔進(jìn)行三維掃描,通過(guò)后期軟件的拼接處理,并對(duì)激光點(diǎn)云進(jìn)行著色,得到如圖1的原始激光點(diǎn)云整體圖。在溶腔壁布設(shè)“+”字型靶標(biāo),并采用全站儀對(duì)靶標(biāo)坐標(biāo)進(jìn)行量測(cè),通過(guò)后處理軟件對(duì)激光點(diǎn)云整體進(jìn)行平差,得到工程坐標(biāo)系下的激光點(diǎn)云。

圖1 溶腔原始激光點(diǎn)云整體圖

2.3 三維激光點(diǎn)云建模

原始激光點(diǎn)掃描比較密集,抽稀后通過(guò)3D Reshaper對(duì)原始點(diǎn)云進(jìn)行封裝,并進(jìn)行簡(jiǎn)單修飾,得到完整的溶腔三維模型。將隧道三維模型采用3dmax軟件建成后,再用3dmax軟件對(duì)溶腔三維模型和隧道三維模型進(jìn)行紋理貼圖,并融合在一起展示,得到如圖2的溶腔三維模型與隧道三維模型融合俯視圖和圖3的溶腔三維模型與隧道三維模型融合左視圖。在圖2中,可以清晰地看到溶腔和隧道的相對(duì)位置關(guān)系。

圖2 溶腔三維模型與隧道三維模型融合俯視圖

圖3 溶腔三維模型與隧道三維模型融合左視圖

2.4 生成斷面圖

采用3D Reshaper對(duì)溶腔三維模型與隧道三維模型進(jìn)行斷面切割,分別在左側(cè)測(cè)設(shè)線和右側(cè)測(cè)設(shè)線對(duì)溶腔進(jìn)行縱斷面切割,并將溶腔縱斷面與原設(shè)計(jì)的隧道圖紙疊加,得到圖4的右洞測(cè)設(shè)線處縱斷面示意圖和圖5的左洞測(cè)設(shè)線處縱斷面示意圖。由圖4和圖5可以查詢測(cè)設(shè)線到溶腔底板的距離。

圖4 右洞測(cè)設(shè)線處縱斷面示意圖

圖5 左洞測(cè)設(shè)線處縱斷面示意圖

沿測(cè)設(shè)線方向每隔5 m對(duì)溶腔進(jìn)行橫斷面切割后,根據(jù)測(cè)設(shè)線距離溶腔位置,將溶腔橫斷面與隧道橫斷面疊加,得到圖6的部分右洞橫斷面示意圖和圖7的部分左洞橫斷面示意圖,由于橫斷面過(guò)多,圖中只集中展示了溶腔對(duì)隧道影響較大部分。

圖6 部分右洞橫斷面示意圖

圖7 部分左洞橫斷面示意圖

由圖6和圖7可以看出,在右洞YK154+670處和右洞YK154+675處溶腔伸入隧道中,對(duì)隧道日后的施工產(chǎn)生較大影響。具體斷面情況詳見(jiàn)圖8右洞YK154+670橫斷面和圖9右洞YK154+675橫斷面。

圖8 右洞YK154+670橫斷面

圖9 右洞YK154+675橫斷面

2.5 溶腔與高速公路隧道段的關(guān)系

由圖10的溶洞與隧道平面圖可以看出以下幾點(diǎn)關(guān)系。

圖10 溶洞與隧道平面圖

1)平面:溶腔長(zhǎng)軸大致沿長(zhǎng)軸方向101°可測(cè)量段長(zhǎng)度約552.7 m,最寬處約84.2 m;平均寬度約49.5 m。

2)溶腔與隧道位置關(guān)系:溶腔與隧道軸線相交角度約25°,平面上投影與隧道左線相交最大長(zhǎng)度124.01 m,與隧道右線相交最大長(zhǎng)度88.94 m,整個(gè)溶洞絕大部分位于隧道拱頂上方,局部斷面侵入隧道斷面。

3)高程:溶洞底部地形由溶洞起點(diǎn)至終點(diǎn)降低(崩塌、堆積、沖刷后非均勻下坡),起點(diǎn)高程約205.33 m,終點(diǎn)高程187.58 m,沿長(zhǎng)軸方向縱向平均坡度3.2%;隧道設(shè)計(jì)高189.5~193.6 m;斷面上南側(cè)高,北側(cè)低,最大坡度1:1,呈現(xiàn)狹窄溶槽。

2.6 解決方案

由圖11的溶腔與隧道位置關(guān)系圖可以給出以下的解決方案。

圖11 溶腔與隧道位置關(guān)系圖

1)溶腔位于隧道輪廓線以外且與隧道距離大于1D段落,不做額外的處治。

2)溶腔位于隧道上方與隧道間距大于1D,且地下水較發(fā)育。處治方案:局部徑向注漿止水及加固(動(dòng)態(tài)),隧道結(jié)構(gòu)加強(qiáng)為S-Ⅳd型襯砌。

3)溶腔位于隧道范圍內(nèi)大于0.5D小于1D。處治方案:對(duì)隧道周邊軟弱圍巖進(jìn)行徑向注漿加固,隧道結(jié)構(gòu)加強(qiáng)為S-Ⅳa型襯砌。

4)溶腔位于隧道范圍內(nèi)小于0.5D。處治方案:溶腔與隧道輪廓線間距不足5 m時(shí),先對(duì)溶腔內(nèi)塊石和填充物進(jìn)行回填固結(jié);采用L=9 m Φ 89×6 mm中管棚及L=4.5 m Φ50 mm×5 mm大角度注漿小導(dǎo)管進(jìn)行輔助施工;隧道結(jié)構(gòu)加強(qiáng)為S-Ⅴb襯砌;初期支護(hù)完成后對(duì)隧道周邊軟弱圍巖進(jìn)行徑向注漿加固。

3 結(jié)語(yǔ)

在高速公路修建過(guò)程中,隧道段一般在高山中,而山中情況復(fù)雜,前期的地質(zhì)勘察手段可能無(wú)法勘察出詳細(xì)的溶洞情況,在隧道修建過(guò)程中遇到溶腔是常有的情況,而測(cè)量溶腔問(wèn)題卻一直是公路建設(shè)的難點(diǎn)。本文給出三維激光掃描溶洞得到三維激光點(diǎn)云,并對(duì)三維激光點(diǎn)云進(jìn)行建模,得到三維模型,在相關(guān)軟件中對(duì)三維模型進(jìn)行斷面切割的方式得出溶腔與擬建隧道的相互關(guān)系,從而為設(shè)計(jì)和施工提供決策依據(jù),指導(dǎo)后期的設(shè)計(jì)和施工。

猜你喜歡
測(cè)設(shè)縱斷面橫斷面
基于CASIO的圓曲線測(cè)設(shè)元素計(jì)算
100km/h線路節(jié)能坡縱斷面設(shè)計(jì)研究
市政道路橫斷面設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析
普速鐵路軌道大修中平縱面的施工控制
《鐵道工程測(cè)量》教學(xué)工作的幾點(diǎn)思考
淺談橋梁施工測(cè)量控制要點(diǎn)
廣州市健康體檢人群種植修復(fù)情況的橫斷面研究
2014年某院醫(yī)院感染橫斷面調(diào)查
中醫(yī)院醫(yī)院感染橫斷面調(diào)查分析
淺談客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鐵路路基縱斷面設(shè)計(jì)