彩色高清PDF《隧道激光扫描形变检测技术及仿真系统》丁涛

本书研究并提出了三维激光扫描检测技术和三维仿真系统构建技术。书中洋细介绍了三维激光扫描外业控制、点云数据采集、点云数据预处理、曲面重建、模型后处理等工作流程：对隧道形变检测的数学模型设计进行了探讨，研发了“隧道形变监测系统”软件：介绍了基于激光点云的三维建模方法，根据隧洞安全监测可视化表达需求，搭建了隧洞安全监测三维可视化管理平台，重点论述了包括数学模型的构建、形变比较算法的理论、形变算法的具体实现等重难点技术。通过工程实例验证了隧道激光扫描形变检测理论技术，实现了三维可视化技术与安全监测专业应用的有效集成，优化了传统的水利安全监测的工作方式。
本书可供三维激光扫描技术、形变检测技术、三维数字实量模型技术，以及安全监测技术等相关专业的技术人员及工程人员、高校师生参考阅读。

随着我国基础建设的大力发展，各种大规模的水利隧道、铁路隧道、城市地铁隧道等工程大量兴建。隧道工程往往地质情况复杂、施工难度大、隐蔽性强、造价昂贵，因而对隧道建设期间的施工质量以及竣工后的安全运营提出了很高的要求。
隧道工程在建设和运营期间，围岩载荷的改变、渗漏以及其他应力变化等均会导致隧道产生一定程度的形变。为保障安全，形变检测已经成为隧道建设、管理及运营阶段的一项重要任务。随着技术的发展，形变检测工作向着多学科交叉方向发展，所涉及的传感器技术、形变检测技术、数据处理与分析建模的理论和方法很多，目前也是工程测量、遥感和工程地质等学科研究的难点。
南水北调工程是我国的战略性工程，其中的穿黄隧洞工程是中线总干渠穿越黄河的关键性工程。穿黄工程双洞平行布置，采用盾构法施工，双层衬砌结构型式结构创新、工艺复杂。隧洞下穿黄河段地质条件复杂，通水前后会发生应力变化，隧洞内水外渗以及隧洞上部黄河河床变化也会造成压力变化，若上述变化带来隧洞的较大形变，将会对供水安全造成严重影响。因此，对穿黄隧洞进行形变监测与可视化管理具有重要意义。基于此，项目组受委托开展了穿黄工程三维数字实景模型与应用研究，将三维激光扫描等先进的测绘技术运用于重要的工程项目实践中。提出了高精度激光数据采集方案，并研发了“隧道形变监测系统”软件，完成了封闭曲面扫描数据精化模型和多期比较算法，解决了隧洞曲面海量数据的自动对比。此外，项目组还采用了以隧洞实体的变化趋势为约束的三维建模数据轻量化技术，实现了海量激光点云自适应高精度三维重建，并进一步在三维可视化系统平台中建立了隧洞安全监测属性信息专题库，实现了隧洞多维环境数据的整合表达。

目录

第1章隧道形变检测方法概述…1
1.1接触式检测…1
1.1.1收敛计量测法…1
1.1.2巴塞特收敛系统测量…2
1.1.3光纤传感器测量……2
1.1.4静力水准测量…3
1.2非接触式检测…3
1.2.1全站仪测量…3
1.2.2测量机器人测量……4
1.2.3近景摄影测量…4
1.2.4数字图像处理…5
1.2.5三维激光扫描测量…6
1.3检测方法的比较与分析9
1.3.1接触式检测特点及局限性…..9
1.3.2非接触式检测特点及适用性…9
1.3.3三维激光扫描检测技术发展方向………10
参考文献…10
第2章三维激光扫描原理……13
2.1点云数据采集……13
2.1.1平面控制基准…
2.1.2高程控制基准…14
2.1.3数据采集…
2.2点云数据预处理……18
2.2.1点云配准……18

2.2.2点云去噪…19
2.2.3点云精简…20
2.2.4点云分割……21
2.3点云数据处理22
2.3.1曲面重建22
2.3.2模型后处理…22
参考文献…23
第3章隧道形变检测主要数学模型设计24
3.1隧道形变检测24
3.2数学模型24
3.2.1曲线、曲面的表达24
3.2.2线性模型…28
3.2.3非线性模型…29
3.3形变比较方法基础理论…32
3.3.1插值33
3.3.2拟合……33
3.3.3最优化问题……37
3.3.4算法的稳健性………44

3.4形变算法的实现……49
参考文献……54
第4章形变监测系统软件的研发…57
4.1软件的研发工具……57
4.1.1基础平台……57
4.1.2编程语言…58
4.1.3开发框架……58
4.2软件的主要功能….59
4.3软件的总体架构…60
4.3.1点云交互模块…60
4.3.2轴线分析模块…6
4.3.3断而处理模块……6
4.4软件的处理流程…62
4.4.1点云数据读取……62
4.4.2中轴线导入……63
44.3中心线生成65
4.4.4横断面生成66
4.4.5中心线对比…67

4.4.6横断面对比……68
4.4.7批量自动操作……71
4.4.8隧道净空分析…72
4.5小结……75
参考文献……75
第5章隧道三维数字实景模型……76
5.1传统三维数字建模方法…76
5.1.1模拟建模…76
5.1.2依图而建的三维建模方法……77
5.1.3基于摄影测量方法的三维建模…78
5.1.4各类建模方法比较80
5.2基于激光点云的三维建模技术流程81
5.2.1点云数据获取……81
5.2.2点云数据预处理…83
5.2.3隧道点云提取……84
5.2.4隧道模型的生产方法………87
第6章隧道安全监测三维可视化管理平台……92
6.1国内外安全监测可视化技术的发展……92
6.1.1三维可视化技术发展现状………93
6.1.2三维可视化实现方法…93
6.1.3国内外安全监测三维可视化技术应用实例…94
6.1.4安全监测三维可视化发展需要解决的问题……95
6.2安全监测可视化的应用需求分析…96
6.2.1正确表达一维、二维对象……96

6.2.2三维空间数据库的有效管理…96
6.2.3三维空间分折96
6.3安全监测可视化系统的设计…96
6.3.1可视化系统建设目标……96
6.3.2系统设计原则…96
6.3,3系统框架设计…97
6.4安全监测可视化系统的底层建立…99
6.4.1基础可视化平台的研发…..................99
6.4.2系统服务接口…100
6.5隧道安全监测三维可视化管理平台开发…100
6.5.1数据库连接…100
6.5.2三维地形地貌集成与展示……101
6.5.3三维模型的集成与展示…103
6.5.4地形模型与建筑物模型的无缝镶嵌4…104
6.5.5分级遮挡别除…104
6.5.6基于分页数据库的动态LOD调度…105
6.5.7实时碰撞检测开发…106
6.5.8监测仪器管理与查询…06
6.5.9辅助管理开发……110

第7章工程应用实例………114
7.1南水北调穿黄隧洞形变检测…114
7.11工程概况…114
712基础控制体系的建立…116
7.1.3三维激光扫描数据采集……120
7.1.4三维激光扫描数据处理…122
7.1.5穿黄隧洞形变检测与分析…125
72武汉地铁隧道形变检测…131
7.2.1工程概况131
72.2基础控制体系的建立…132
7.2.3三维激光扫描系统ScanStatio0nP40及配件汇总表…133
7.2.4三维激光扫描系统ScanStatic0nP40外业数据采集…133
7.2.5三维激光扫描系统ScanStation P40内业处理基本步骤说明…135
72.6隧道形变监测系统隧道数据处理…………139
7.2.7隧洞整体分析144
7.3穿黄隧洞三维数字实景可视化研究……147
7.3.1系统设计……147
7.3.2总体数据流程……148
7.3.3功能模块划分……149
7.3.4数据库建立及主要监测项目……149
7.3.5关键技术……151
7.3.6系统实现……152

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