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摘要：深基坑监测是深基坑工程中的重要环节，是保证工程施工安全的重要手段。三维激光扫描技术是一种高效率、高精度的高新技术，在深基坑监测工作中有着非常大的优势。本文基于三维激光扫描技术的工作原理及使用方法，结合深基坑工程项目实例，通过对深基坑监测工作流程和内容的确定和分析，探讨深基坑监测中三维激光扫描技术的应用。

关键词：深基坑监测;三维激光扫描技术;深基坑工程

引言：

深基坑监测是为了保障深基坑施工过程的安全问题，深基坑监测包括支护结构、相关自然环境、地下水状况等。传统的监测方法是单点变形观测，但其监测范围有限、工作繁琐，目前已经逐渐开始使用三维激光扫描技术。该技术可以完成深基坑工程的一系列监测任务，并且监测精度符合规范，测量效率更高，在深基坑监测工程中有着重要的应用价值和意义。

1 三维激光扫描技术工作原理

三维激光扫描技术又称实景复制技术，利用激光测距的原理，在使用时利用高速激光进行扫描测量，从而大面积的获取所扫描物体表面的各个点多表、反射率、颜色等信息，根据所获取到的高分辨率、高精度的物体信息，可以建立出1：1的真彩色三维点云模型，为工作人员后续进行的内页处理和数据分析等工作提供重要依据。三维激光扫描技术具有快速性、高效益、不接触性、穿透性、动态、高密度、高精度等优点，是一种“面测量”，适用于地下工程测量，如地形测绘、地铁工程、矿井工程等[1]。三维激光扫描仪是三维激光扫描系统的重要组成部分，一般用于获取高精度高分辨率的数字地形模型，在深基坑监测项目中有着广泛的应用。图1为三维激光扫描仪测量原理图。

2 三维激光扫描技术在深基坑监测中的应用

2.1 工程概况

以某地某深基坑工程项目为例，该深基坑位于城市主城区内部，周围地上建筑为普通民用建筑，地下设施为各种管道。基坑形状为“口型”，基坑底部及周围土地主要为粉质黏土、粉砂、细砂，根据对当地水文地质的分析，地下水为承压水。

2.2 施工内容

在深基坑监测中，首先根据三维激光扫描技术的使用情况确定深基坑监测工程方案。方案编写需根据建筑基坑工程监测技术规范，确保方案的可行性和实用性。监测目的是保证深基坑施工过程中的施工安全，监测项目包括基坑变形监测、地下水监测、周边环境监测等，监测所用到的仪器设备有三维激光扫描仪、全站仪、计算机、电力供应系统、配套软件等[2]。三维激光扫描技术在变形监测中的方法有标靶标志法、DEM求差法、模型求差法等。根据本工程的实际情况，基坑变形监测采用标靶标志法。

准备工作：首先在工程现场踏勘，确定最佳监测点，减少重复扫描，根据深基坑的形状和深度等初步确定监测点数目、位置。准备所需要的仪器设备，事先检查设备是否能正常使用、精度是否准确，准备记录本、笔和施工方案等。安排施测人员，做好人员分工。

深基坑变形监测方法如下：第一，在基坑中央使用标靶拼接，采用中等密度进行扫描;第二，利用标靶布置监测点若干个;第三，使用全站仪测量监测点坐标并记录;第四，使用三维激光扫描仪扫描监测点以及基坑墙体;第五，每隔一段时间重复测量步骤，记录数据;第六，对比数据。根据数据对比可以分析出基坑墙体、土地、支护结构等变形情况。

2.3 数据处理

三维激光扫描技术的数据处理主要包括点云拼接、坐标转换、噪声点与植被剔除、数据重采点、点云数据导出等。数据处理使用三维激光扫描仪配套软件。点云拼接指将所有监测点的数据统一坐标，采用绝对方式、陪对方式或全局方式进行拼接，使所有点云数据能够在同一坐标系中显示，并形成点云数据图。由于三维激光扫描仪扫描时会获取到一些垃圾数据，因此在处理点云数据时必须剔除此类信息数据，一般需要在图形拼接之后做消冗处理，使用裁切的方式剔除掉冗余数据和噪声点，另外，一些比较小的噪声点数据可以通过扫描仪自带的软件中的过滤功能去除[3]，拼接后的点云数据如图2所示。由于三维激光扫描技术的采集空间点的密度大，因此必须对其点重采样，以此来抽稀数据，处理好的数据结果一般导出为.dxf文件。

2.4 精度分析

在使用三维激光扫描技术的深基坑监测中，每一轮监测都会获取全站仪数据和三维激光扫描仪数据，以全站仪数据为真值，将三维激光扫描仪数据与其进行对照，利用Geomagic软件可以计算出两组数据之间的差值，通过对差值数据的分析可以得出，各测点X、Y、Z方向的误差均不超过0.50mm，点位中误差为0.65mm，符合相关精度要求。同时，通过对比相邻两轮测量的数据，全站仪数据和三维激光扫描仪数据误差小于10mm，符合变形监测的精度要求[4]。

2.5 问题改进

三维激光扫描技术是上世纪90年代中期才开始出现的技术，发展至今虽然在工程领域中已经有了大量的应用，但目前仍然存在着一些问题。主要有以下几方面，一，三维激光扫描技术现在一般是在原有监测技术的基础上实施的，在监测之前仍然需要布置监测点，降低了监测效率，同时提高了监测资金成本，因此仍需探寻无检测点的监测方法。二、误差理论需要进一步的完善，尽量摒除冗余垃圾信息。三、建立统一的精度评价体系，提高数据精度和模型精度。

总结：

综上所述，在深基坑监测工程中使用三维激光扫描技术能有效的提高监测的精度和效率，相比传统的监测技术监测范围更广、监测结果更准确，在很大程度上提高了施工的效率，并且使深基坑的监测更加具象化、便利化。但由于三维激光扫描技术出现较晚，因此还有很多需要完善的部分，在实际的工程应用中，需要结合工程的实际情况和三维激光扫描技术的技术要求和使用方案，设计合理的施工方案，从而提高施工效率、保证工程质量。

参考文献

[1]张宏伟，赖百炼.三维激光扫描技术特点及其应用前景[J].测绘通报，2012（S1）：320-322+337.

[2]王堃宇，王奇智，高龙山，徐颖.基于三维激光扫描技术的边坡表面变形监测[J].科学技术与工程，2017，17（20）：11-16.

[3]欧斌.地面三维激光扫描技术外业数据采集方法研究[J].测绘与空间地理信息，2014，37（01）：106-108+112.

[4]张文军.三维激光扫描技术及其应用[J].测绘标准化，2016，32（02）：42-44.