主題為“測經(jīng)緯天地，繪美麗中國”的第三屆全國測繪地理信息技術(shù)裝備展覽會于2013年10月24日-26日在武漢國際會展中心舉行，該會議由中國測繪學(xué)會與中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會測繪儀器分會主辦，由北京博乾國際會展服務(wù)有限公司承辦，本會邀請全國測繪儀器生產(chǎn)商、經(jīng)銷商、服務(wù)商和用戶參加會議。在“三維激光掃描儀和移動測量系統(tǒng)”論壇上，瑞士安伯格技術(shù)公司產(chǎn)品經(jīng)理 Oliver與大家分享了移動測量的先進技術(shù)。
以下是 Oliver的演講：
大家好！
我們獲取的點云如同小麥一樣，它是很好的原材料，我們都知道面包、蛋糕都是由小麥做成的，把點云比喻成原始材料，真正要想從原始材料生產(chǎn)出大家可以看得見、摸得著、吃得下、吃得香的面包，里面就需要進行數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)挖掘，甚至在往下一步還要解決問題，成果除了自己能看得懂，還要解決問題，這樣我的生活就更加豐富與精彩了。之前很多專家講了很多移動測量系統(tǒng)，就是把以前所不能做到的事情，以前單點測繪、三點測繪所描繪出來的世界是比較抽象與零散的，但現(xiàn)在有了點云，有了海量的全景影像，有了智能的圖象識別軟件，甚至于點云的軟件，我們工作效率應(yīng)該是大大提高了，我們做面包的產(chǎn)量更高了，同時我們可以生產(chǎn)出更美味的啤酒，最典型的就是街景地圖。還有一些特殊的啤酒，就是我接下來要介紹的隧道的深層次應(yīng)用。
瑞士安伯格公司是一個很專業(yè)的小型公司，人數(shù)不多，只有兩百多人，但非常專業(yè)，迄今為止已經(jīng)有三十年歷史。最主要的就是專注于隧道工程上的測量、勘察等，在測量方面跟主題有關(guān)的就是世界上第一臺斷面儀，在七幾年就開始自動化斷面測量，那個時候全站儀都還沒有出來的時候，瑞士安伯格已經(jīng)在用自動斷面儀了?，F(xiàn)如今掃描儀就是在這個基礎(chǔ)上更加快速、分辨率更高而已。今天要介紹的產(chǎn)品，06年已經(jīng)成型，到今天為止已經(jīng)有大量的應(yīng)用，尤其是在國外，也會介紹很多的案例。真正引入中國是2012年，與北京數(shù)聯(lián)空間結(jié)成了合作伙伴關(guān)系，成為瑞士安伯格國內(nèi)唯一代理，以后大家也會看得到。
在TBM施工當(dāng)中，隧道掃描技術(shù)可以給用戶帶來什么實際價值？
這張圖顯示的是掃描儀在TBM隧道施工中全生命周期都可以應(yīng)用，第一個就是開挖之后，就存在著很大的變型，變型就影響了后期的安全，這是需要進行監(jiān)測和測量的。之后，變型還是在進一步變型的，也是需要測量；直到竣工時，整個隧道真正成型，但它這個時候不斷地沉降，還需要進行一定的監(jiān)測，最主要的是需要一個完全的、準(zhǔn)確的定位數(shù)據(jù)，為后期運營做準(zhǔn)備。
接下來我們說一下每個階段有什么樣的用途。首先就是剛剛開挖完了之后，區(qū)域的變形分析；環(huán)片橢圓分析也就是做檢測；然后竣工后進行軸線分析，竣工的軸線和設(shè)計軸線有偏差，這個偏差會造成工程有變化；然后就是變更管理，做工程的都知道，報的不高，但在工程當(dāng)中申請很多變更，業(yè)主最怕施工單位進行變更，如何控制變更，需要現(xiàn)場一些證據(jù)，掃描儀就提供了很好很全面的手段；然后就是運營監(jiān)護，也是涉及到變形、裂縫、滲水的問題等。下面一一展開，給大家講一些例子。
為什么使用掃描儀優(yōu)越于現(xiàn)有方法，如果我們用全站儀做，你在隧道里如何找一個穩(wěn)定點，當(dāng)然有些通過大遙感，會有一些相對穩(wěn)定的點，但是你們看看，這種方法是離散的，很多傳統(tǒng)方法都是離散點，而且成本很高。我們把變形用色彩圖標(biāo)注，這都是跟上一次比，一段時間內(nèi)的變形，從中可以看出，明顯的有一個黃色區(qū)域與綠色區(qū)域，白色是兩個收斂點，恰恰這個區(qū)域變形很小，而變形點正在旁邊。因為專家設(shè)檢測點的時候，也是帶有一定推斷和猜測，因為我本身不知道哪個地方會變形，只是猜想帶這個區(qū)域內(nèi)，一般來說只是劃定區(qū)域，他畫的這個收斂點已經(jīng)很接近了，但還是沒有檢測出來，傳統(tǒng)方法很多時候就是在做這種費時費力效果不顯著的方法。到現(xiàn)在我們找到了激光掃描，能夠從根本上解決此問題。
前面講的是開挖，這是相對變形環(huán)片和整個隧道的質(zhì)量，這里面一塊一塊是環(huán)比的，可以看出紅色是變形最大的地方，這是變形展開圖，這種方法是一種相對變形檢測的一種方法，這種方法就是在檢測隧道有沒有被壓扁，如果隧道是整體沉降，沒有被壓扁，隧道還是健康的，隧道一個是怕壓扁產(chǎn)生開裂、滲水，結(jié)構(gòu)破壞，另外就是產(chǎn)生破位，所以相對變形我們用橢圓，設(shè)計是一個圓，我們要檢測它與圓偏離有多大。瑞士安伯格用的是最小二乘法計算方法，精度相當(dāng)高，可以達到二毫米，符合地鐵檢測規(guī)范。
我們都知道隧道軸線是個特征，這個特征很抽象，但實際上不存在，但它對隧道鋪設(shè)以及施工很重要。我們知道軌道鋪設(shè)在隧道里面，上面凈空范圍嚴(yán)格設(shè)計的，所以說實實在在的軌道開挖軸箱密切聯(lián)系就是鋪軌高度以及電線安裝。隧道里面設(shè)備很復(fù)雜，有很多線路，包括軌道上也有很多線路，中海達有智能鋪軌，實際上跟這個也有關(guān)系。我們今天關(guān)注的軸線也是一個很重要的關(guān)鍵點。剛才這個圖已經(jīng)很直觀，通過激光掃描可以提取出正攝影像，對裂縫、滲水進行探測。國外很多案例就是把它作為很重要的證據(jù)收取工具，包括對業(yè)主來說，購買了之后，在運營期還可以做變形、收斂的分析，為監(jiān)護工作保駕護航。整個項目概況大家一目了然，不用介紹，這個項目中瑞士安伯格不僅做了隧道建設(shè)之前的檢測工作，現(xiàn)在每年一次的變形檢測也讓瑞士安伯格公司來做。這一張圖剛才已經(jīng)出現(xiàn)過了，這個隧道采用了最新型動態(tài)掃描技術(shù)，結(jié)合隧道掃描分析軟件分析其變形。實際上通過這個項目，經(jīng)過了大量數(shù)據(jù)驗證，比如說點云絕對精度，可以做到小于一公分，而且斷面精度小于二毫米，從圖上可以看出，主要變形集中在斷面頂部和底部。
這是瑞士圣哥達隧道，變形檢測為其節(jié)省了一百萬元。這條隧道有好幾個世界第一，首先是世界最長，第二最大巒深，五個工作斷面同時開挖，800米深豎井，這是一個創(chuàng)世界紀(jì)錄的項目。在這個隧道里面專門做過測試，分別開挖，然后澆灌混凝土，一個分段里面可以減少15方混凝土，大概節(jié)省三千美金的成本，而且只有五個公分的差別，這是做軌道掃描在成本和提高效率方面最直接的經(jīng)濟效益的體現(xiàn)。
總結(jié)一下，今天結(jié)果得出一個結(jié)論，激光掃描是一個非?？焖俚姆椒?，而且為隧道施工控制變形提供了一個非常好的數(shù)據(jù)采集和處理的方法。而且目前達到的精度已經(jīng)可以完全達到目前使用的精度，斷面精度達到二毫米，絕對精度達到十毫米。與傳統(tǒng)測量方式相比有一個很大的費用節(jié)省，由一個離散點的測量到現(xiàn)在全面測量，這個飛躍還帶來了精度的提升，并沒有以犧牲精度為代價，精度反而變得更高，所以在混凝土用量上、超挖控制上，以及后續(xù)變形所帶來的安全隱患方面，包括提前把隧道運行掃描出來，變形沒有達到一定程度時，比如我發(fā)現(xiàn)了變形，把變形原因排除了，這是目前業(yè)主最為關(guān)心的，也是我們后續(xù)要努力的一個方向。
感謝論壇給我這樣一個演講機會，感謝大家的聆聽！如果有什么問題歡迎大家做交流!
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