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原文传递地铁盾构隧道激光扫描海量数据处理及应用研究

论文题名：	地铁盾构隧道激光扫描海量数据处理及应用研究
关键词：	海量点云数据;三维激光扫描仪;变形监测;曲线拟合;最小二乘法;地铁盾构隧道
摘要：	近年来，随着测绘技术的不断革新，在测量工作中获取被测物体信息的方式也在不断变化:由过去的接触式测量到现在的非接触式测量，由单点测量逐步到面的综合信息采集。三维激光扫描技术作为集这些变化为一体的产物，突破了传统的测量方式的缺点，具有高效率、高精度、数据量大、数字化采集等优点，成为海量数据采集的主要方法之一。随着三维激光扫描技术的不断进步，它的运用领域也日益广泛。在地铁盾构隧道变形监测中运用激光扫描技术，可以采用手推式激光扫描仪快速地对整个隧道进行扫描，得到隧道内部完整的海量数据信息，然后根据对数据处理的结果来分析隧道的变形。因此，研究地铁盾构隧道三维激光扫描海量点云数据的处理及应用在隧道变形监测中具有重要的实用价值。本文主要对激光扫描隧道海量点云数据处理及应用展开了研究。主要工作如下: 　　1.介绍了地铁盾构隧道变形监测研究的背景和意义，分析了隧道传统监测方法的不足及遇到的问题，论述了隧道监测的研究现状及发展前景。　　2.论述了三维激光扫描仪海量点云数据的采集方法，总结了移动式三维激光扫描仪对隧道进行监测的工作方式和流程，分析了三维激光扫描仪的特点及海量点云数据的特点，讨论了国内外对海量点云数据的应用及研究现状。　　3.对于地铁盾构隧道变形监测，主要研究海量点云中隧道断面数据的提取、数据噪声点的处理以及隧道断面的曲线拟合。由于移动式三维激光扫描仪在测量时的扫描线呈现螺旋状，为确保提取的数据能够准确地反映该里程断面的状态，需要提取该里程位置一定带宽的断面。对噪声点数据的处理分两次进行操作，首先采用直角坐标法剔除冗余点，接着利用随机取样一致性算法（RANSAC）对数据再进行精确去噪，使得数据中含有的噪声点对后续的曲线拟合影响较小。在隧道断面曲线拟合方法中，提出了一种基于最小二乘法(LSM)的新的拟合算法:RANSAC-LSM算法。用该算法对曲线进行拟合，能够同时有效地解决两个问题，即随机取样一致性算法（RANSAC）因受迭代次数限制而影响拟合结果的可靠性和最小二乘法因受数据中噪声点较多影响而降低拟合结果的精度，从而提高了拟合曲线的准确性。　　4.本文主要从隧道断面的断面变形、管片错台、收敛这三个方面分析隧道变形。基于本文中的算法开发了程序，运用该程序可以输出断面变形、管片错台、收敛的结果，并根据数据结果对隧道变形进行评价。　　5.针对本文中的算法，通过北京地铁机场线、南京地铁2号线和宁波地铁2号线三组实测数据对其进行了验证。实测数据结果表明，文中提出的理论、方法及曲线拟合数学模型能够满足工程应用的精度要求。
作者：	陈明安
专业：	道路与铁道工程
导师：	杨松林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文