一、引言

我國的隧道施工技術應用廣泛，包括地鐵隧道、公路隧道、鐵路隧道等。包含在各種復雜地質結構下修建的特長隧道、重點控制型隧道工程。然而使用傳統檢測方法無法滿足現代化施工技術的需要，傳統的隧道檢測方法是利用全站儀、斷面儀等進行檢測，傳統方法耗費大量的人力、物力，占用過多的施工時間，檢測效率很低。

傳統的全站儀超欠挖檢測，只能單點手動測量，人員配備必須充足，例如光線不足時需要照手電、有遮擋或者輪廓面凹凸不平時激光可能測偏；隧道斷面儀進行超欠挖分析時，需另配全站儀放出隧道中心線，再此基礎上進行數據采集，設站一次只能得到一個斷面成果。工作效率低下影響施工進度，投入成本較高，精確度不高。

隨著三維激光掃描儀的出現，三維激光掃描技術以其可以連續、自動、快速地采集大量的目標物表面三維點云數據，可以進行非接觸式測量等優點，逐漸受到人們的喜愛。三維激光掃描技術是為空間數據的獲取提供了新的方法和手段，同時也推動了空間三維數據獲取方式向著實時化、動態化、集成化、數字化和智能化的方向發展。

二、3D激光掃描設備簡介

Trimble SX10影像掃描儀是美國天寶的高端設備，同時具備掃描儀和高端全站儀的功能。通過為測繪、工程和掃描專業人士提供世界上最創新的解決方案，重新定義了日常測量設備的工作能力。 Trimble SX10將改變您的工作方式，尤其是在地鐵隧道中的應用優勢非常明顯，后期可以結合隧道專業處理軟件處理掃描數據，可以以隧道設計中軸線為基準提取隧道橫斷面，最后結合掃描儀獲得的點云數據和隧道竣工測量數據信息對比進行斷面收斂分析。

Trimble SX10影像掃描儀是美國天寶的高端設備，擁有26666個/秒的點云掃描速度，同時具備掃描儀和高端全站儀的功能。為測繪、工程和掃描專業人士提供世界上最創新的解決方案，重新定義了日常測量設備的工作能力。 Trimble SX10將改變您的工作方式，尤其是在地鐵隧道中的應用優勢非常明顯，可以結合隧道專業處理軟件處理掃描數據，可以以隧道設計中軸線為基準提取隧道橫斷面，最后結合掃描儀獲得的點云數據和隧道竣工測量數據信息對比進行斷面收斂分析。

SX10在隧道工程外業點云采集

三、外業操作便捷

工作原理：Trimble SX10同時具備掃描儀和高端全站儀的功能，在外業測量時，通過控制點建站之后進行指定區域掃描，得到具有施工坐標的點云數據，內業不需要測站拼接和坐標轉換，大大提高內外業工作效率。

目前Trimble SX10支持已知點架站、多后視建站和后方交會等多種架站方式。經測試可知在隧道中作業我們采用后方交會的方式架站，既可以保證架站精度也可以提高效率。

架設儀器

已知點架設棱鏡

后方交會架站定向殘差

架站完成以后就可以根據現場情況針對特定區域，設置掃描等級進行掃描，快速得到具有施工三維坐標的點云數據 。外業現場就可以查看點云數據，防止漏掃的情況發生。

通過手簿實時查看點云情況

四、點云預處理

由于SX10掃描點云具有施工坐標，內業不需要拼接和坐標轉換，對電腦硬件要求不高，普通筆記本即可。利用Trimble Business Center簡單的編輯點云，得到純凈的點云數據如下圖。

五、隧道超欠挖分析及成果報告

內業處理可以使用美國天寶搭配的TBC軟件，支持點云數據導入、導出（支持LAS、PTS、TDX、JXL等點云文件格式），可支持多種第三方點云處理軟件。

1、TBC軟件出超欠挖報告

基于隧道中心線及隧道設計開挖輪廓線建立超欠挖參考面三維模型，如圖 1(a) 所示，利用三維激光掃描數據，建立隧道開挖后現狀三維模型，如圖1(b) 所示; 將參考面模型和開挖后現狀模型進行三維立體疊加分析，利用 Trimble Business Center軟件的功能，可直觀獲得此段里程中任意點位超欠挖的程度，將設定斷面里程點云掃描為CAD點，通過CAD點與模型做對比分析，確定出超欠挖量，如圖 1(c)所示。

圖 1(a)

圖 1(b)

圖 1(c)

成果輸出：根據設定的斷面間隔提取斷面，軟件自動形成斷面超欠挖分析圖及報告。包括隧道竣工報告見圖2（a）（紅色的點為欠挖點，藍色的點為超挖點，報告中包括設計斷面面積及測量面積等隧道信息）、隧道面積和體積報告（統計設定斷面的測量面積及設計面積及超欠挖體積）、隧道縱斷面報告等。

圖2（a）  斷面分析及超欠挖成果輸出

2、點云格式支持本土軟件

SX10點云支持LAS、PTS、TDX、JXL等點云文件格式，支持多種第三方本土軟件的使用。使用本土隧道斷面超欠挖分析軟件，利用隧道設計斷面與實際掃描點云，同樣可以計算出實測點云至設計斷面線上斷面點的最短距離，以及判斷斷面設計斷面線的斷面點是否在實測斷面線的內部，并自動計算出隧道的超欠挖量。

六、對比分析

SX10影像掃描儀與常規掃描儀對比分析

經測試對比分析，SX10與常規掃描儀的優勢分析：

（1）外業掃描速度和常規掃描儀相當。

（2）SX10內業數據處理不需要拼接、坐標轉換、釋放點云，大大節省內業時間，甚至可以現場完成內業工作。

（2）內業數據處理對電腦硬件要求不高，普通電腦即可滿足要求

（3）有效的掃描距離遠（50m處點間距小于20cm）

（4）SX10不需要輔助設備，如標靶球、全站儀等，可以節省人力、物力，提高工作效率。

SX10影像掃描儀與常規手段對比分析

表 1 三種隧道斷面測量方法特點

七、結束語

Trimble SX10全站掃描儀，一機多用，適應多種施工項目使用。全站儀方式架站，內業點云無須拼接和坐標轉換，提高內業數據處理效率。掃描速度快，在同等時間內獲取的點數量、斷面數遠遠超過全站儀和斷面儀，SX10與TBC及其他行業軟件的完美結合，可交付多種數據成果，滿足客戶需求。

經過大量點的精度對比分析，Trimble SX10全站掃描儀最大偏差在毫米級別，完全滿足超欠挖檢測的精度要求。