【文章內(nèi)容簡介】 中軸線精度分析等。測(cè)試結(jié)果表明：三維激光掃描模型是由所有的實(shí)測(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)成，模型中每個(gè)點(diǎn)不僅包含與實(shí)地一致的三維坐標(biāo)信息外，還包含RGB等顏色信息，由點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)成的三維模型中可以提取的數(shù)據(jù)信息是與現(xiàn)實(shí)一致的高精度，可直接用于生產(chǎn)或工程應(yīng)用，其數(shù)據(jù)精度完全符合隧道高精度監(jiān)測(cè)的精度要求。圖1豎井聯(lián)絡(luò)通道及左右線掃描點(diǎn)云8圖2某斷面空間變形數(shù)據(jù)后處理過程中，發(fā)現(xiàn)徠卡公司針對(duì)隧道監(jiān)測(cè)開發(fā)的數(shù)據(jù)分析軟件功能不全，兼容性稍弱，部分模型須進(jìn)一步優(yōu)化并進(jìn)行整合，需要開發(fā)針對(duì)三維激光掃描數(shù)據(jù)分析的隧道專業(yè)模塊，提高后處理效率，該項(xiàng)工作完成前期調(diào)研工作，通過本課題研發(fā)，預(yù)期可以達(dá)到預(yù)想效果。（2）北斗系統(tǒng)在隧道工程中的適用性北斗首次集納多種軌道設(shè)計(jì)于一身，能提供更多可見衛(wèi)星，可支持更長的連續(xù)觀測(cè)時(shí)間和更高精度。已發(fā)射的北斗16顆衛(wèi)星集中分布在亞太地區(qū)，其中5顆集中在赤道面。分布在一個(gè)區(qū)域的衛(wèi)星越多，意味著信號(hào)強(qiáng)度、導(dǎo)航精度和穩(wěn)定性越高?！氨倍芬惶?hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)”具有定位導(dǎo)航與雙向通信兩大功能，采用BDS/GPS兼容系統(tǒng)接收定位衛(wèi)星信號(hào)較多，因此可以用于隧道工程的控制基準(zhǔn)建立，建立洞內(nèi)洞外的聯(lián)系測(cè)量。（3）隧道封閉空間內(nèi)數(shù)據(jù)無線實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)無線實(shí)時(shí)傳輸技術(shù),結(jié)合北斗系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸和ZigBee等自組織網(wǎng)絡(luò)、無線WIFI、信號(hào)泄漏電纜、移動(dòng)直放站等技術(shù)在隧道封閉空間內(nèi)9數(shù)據(jù)傳輸能力，可以建立基于北斗隧道監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)。其核心是監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過無線局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸,所有信息匯總后中繼到隧道口廣域數(shù)據(jù)鏈路，經(jīng)通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或公眾移動(dòng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸,從而實(shí)現(xiàn)隧道封閉空間數(shù)據(jù)無線傳輸。目前該項(xiàng)技術(shù)在環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域已有實(shí)踐應(yīng)用，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)具有傳輸穩(wěn)定、使用領(lǐng)域廣闊和覆蓋面積大等優(yōu)點(diǎn),符合未來隧道施工智能報(bào)警領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì),具有很大的實(shí)用價(jià)值和可推廣性。（4）隧道封閉空間內(nèi)人員實(shí)時(shí)定位與預(yù)警發(fā)布技術(shù)目前無線定位技術(shù)種類較多，主流的包括ZigBee，RFID，UWB等。與ZigBee相比，RFID的定位精度更高，但其沒有數(shù)據(jù)傳輸能力，且識(shí)別范圍只有10米左右，而ZigBee的傳輸和識(shí)別范圍最大可達(dá)500m。因而基于ZigBee和RFID技術(shù)的綜合人員定位系統(tǒng)可以解決長大隧道封閉空間內(nèi)的人員精確實(shí)時(shí)定位。北斗系統(tǒng)在無遮掩空間的定位能力非常強(qiáng)大，但其信號(hào)無法覆蓋隧道封閉空間，通過隧道內(nèi)設(shè)置的ZigBee、RFID或者UWB基站，將人員信息通過協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)發(fā)送至北斗系統(tǒng)，可以彌補(bǔ)北斗定位系統(tǒng)的不足。同時(shí)，北斗系統(tǒng)和上述無線定位通信技術(shù)均可具有雙向通信功能，控制中心與現(xiàn)場(chǎng)施工人員可以進(jìn)行實(shí)時(shí)通信?？刂浦行娜藛T發(fā)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)異常情況下，可以及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員發(fā)出預(yù)警通知及逃生路線，現(xiàn)場(chǎng)施工人員發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)，可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息或求救信息。10三、項(xiàng)目研發(fā)的主要內(nèi)容及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要研究內(nèi)容本課題擬結(jié)合中國交通集團(tuán)隧道施工項(xiàng)目，基于三維激光掃描應(yīng)用于隧道監(jiān)控的技術(shù)理念，重點(diǎn)針對(duì)隧道三維激光掃描施工監(jiān)測(cè)與控制關(guān)鍵技術(shù)、三維激光掃描數(shù)據(jù)處理與傳輸技術(shù)、隧道施工智能監(jiān)控平臺(tái)研發(fā)和隧道施工過程信息集成與反饋系統(tǒng)展開研究，研究內(nèi)容主要包括以下方面：隧道三維激光掃描施工監(jiān)測(cè)與控制關(guān)鍵技術(shù)隧道是超長線狀結(jié)構(gòu)，需要沿隧道軸線布設(shè)多個(gè)測(cè)站才能完成整條隧道的掃描工作，測(cè)站間距和掃描分辨率是數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)測(cè)量精度和測(cè)量效率有很大影響：測(cè)站間距越大，所需測(cè)站總數(shù)就越少，掃描時(shí)間就越短；掃描分辨率越高，測(cè)點(diǎn)越密集，但所需掃描時(shí)間也越長。在隧道里布設(shè)多個(gè)激光掃描測(cè)站時(shí)，各個(gè)測(cè)站所獲得的點(diǎn)云屬于不同的參考坐標(biāo)系，把不同參考坐標(biāo)系的點(diǎn)云歸集到一個(gè)坐標(biāo)系中的過程稱為拼接，數(shù)據(jù)拼接是測(cè)量精度控制的重要環(huán)節(jié)。1）測(cè)站間距及分辨率優(yōu)化控制技術(shù)通過隧道內(nèi)部煙霧環(huán)境評(píng)價(jià)，結(jié)合隧道斷面形狀及幾何尺寸，研究三維激光掃描測(cè)站間距和分辨率設(shè)置及優(yōu)化組合方案。2）標(biāo)靶布設(shè)及識(shí)別技術(shù)基于測(cè)站間距，研究實(shí)體標(biāo)靶布置原則，建立基于標(biāo)靶條件下點(diǎn)云識(shí)別技術(shù)，提高后期拼接精度。113）基于定位技術(shù)的激光掃描儀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換分析激光掃描控制軟件內(nèi)部坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，研究基于北斗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù),獲得滿足隧道監(jiān)控需求的點(diǎn)云三維坐標(biāo)信息。三維激光掃描數(shù)據(jù)處理與傳輸技術(shù)研究“點(diǎn)云”是三維激光掃描的成果數(shù)據(jù),可真實(shí)全方位地描述三維空間實(shí)際形狀。隧道三維激光掃描時(shí)需設(shè)置多個(gè)測(cè)站，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析前,需對(duì)“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，把不同參考坐標(biāo)系的點(diǎn)云歸集到一個(gè)坐標(biāo)系中并剔除重疊數(shù)據(jù)。通過“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)分析隧道變形時(shí)，由于“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)眾多，常用方法是將截取的隧道縱斷面作為分析對(duì)象，其關(guān)鍵是確定截取位置處隧道的空間姿態(tài)信息，因而精確地從“點(diǎn)云”中提取隧道任意斷面是三維激光掃描監(jiān)控技術(shù)的重點(diǎn)，其基本思路是先確定隧道的設(shè)計(jì)中軸線，然后以此為基準(zhǔn)提取隧道斷面。由于隧道封閉空間內(nèi)沒有信號(hào)覆蓋，從洞內(nèi)數(shù)據(jù)采集到洞外數(shù)據(jù)傳輸往往經(jīng)歷較長時(shí)間，在災(zāi)害發(fā)生前不能及時(shí)發(fā)出預(yù)警提示，是隧道施工安全控制亟需解決的問題。1）隧道“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)拼接技術(shù)研究基于定位系統(tǒng)，采用坐標(biāo)歸化處理手段，研究分站掃描數(shù)據(jù)拼接技術(shù)，將“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)歸算到統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)。2）隧道軸線提取技術(shù)研究12采用曲面擬合方法，研究隧道中軸線的提取方法，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析，驗(yàn)證方法的可靠性。3）隧道斷面切割精確化控制技術(shù)研究以隧道軸線為基準(zhǔn)，采用點(diǎn)云厚度與斜率優(yōu)化技術(shù)，控制