解锁新场景!实测考验灵光 L 系列在隧道施工扫描中的精度表现

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灵光L1和架站设备的数据偏差在10~20mm左右,完全满足隧道开挖、初支阶段的断面扫描工作。

测试背景:隧道超欠挖测量的精度要求

在隧道施工的实际项目过程中,架站式三维激光扫描仪和手持式扫描仪各有千秋,架站设备精度高,手持设备效率快,经常在不同的工作场景中综合使用。那灵光系列空间扫描仪的精度,能否满足隧道施工的精度需求呢?

带着这个疑问,合作伙伴四川百隧云科技有限公司跟着中铁隧道局集团专业测量工程师的脚步,走进新建成渝中线铁路某施工现场,在真正应用中验证灵光系列空间扫描仪的精度。

隧道超欠挖测量是隧道施工中一个重要的环节,直接关系到隧道工程的质量、安全以及工程成本。准确掌握隧道开挖的尺寸,控制超欠挖,是隧道施工的重要任务。

超欠挖标准如下:

隧道超欠挖施工质量控制标准与掌子面现场照片
隧道超欠挖施工质量控制标准与掌子面现场照片

图1 隧道超欠挖质量检验标准

项目 / 岩性软弱中硬硬
围岩扰动深度(m)10.80.5
平均线性超挖(cm)151510
最大线性超挖(cm)252520
两炮衔接台阶最大尺寸(cm)151515
局部欠挖(cm)555
炮眼残痕率≥50%≥70%≥80%
炮眼利用率100%95%90%
岩壁爆后围岩稳定,无剥落现象。
石碴块度大块一般不宜超过30cm,大型装碴机允许50~60cm,碴堆集中,最大抛距20m,双线隧道深眼爆破时为30m。

产品选择:灵光 L1 与全站式扫描仪对比方案

按照隧道超欠挖质量检验标准,百隧云制定了详细的对比方案,比较灵光 L1 和架站设备的表现。

灵光 L1 的五大优势

在百隧云看来,灵光 L1 具备了五大优势:

  1. 好用 —— 一体集成,国产自研
  2. 精准 —— 激光+视觉 Multi-SLAM
  3. 实时 —— 实时解算,直出 LAS
  4. 远程 —— 远程协作,高效作业
  5. 配套 —— 专业软件,持续迭代

对比设备:拓普康 GTL-1200 全站式扫描仪

百隧云选择了拓普康 GTL-1200 全站式扫描仪作为对比方案的精度验证者。这款设备可以自主后方交汇设站,无需全站仪配合,点云获取绝对坐标,扫描频率最大200000点/秒,扫描范围0.5~70m,扫描精度2mm,适用于隧道等特殊环境作业。

拓普康 GTL-1200 三维激光扫描仪关键指标说明
拓普康 GTL-1200 三维激光扫描仪关键指标说明

图2 拓普康 GTL-1200 关键指标

现场准备

灵光 L1 准备清单

灵光 L1 主打便捷灵活,一个手提箱可以装下设备和所有配件。

灵光 L1 手持三维扫描仪手提箱内配件一览
灵光 L1 手持三维扫描仪手提箱内配件一览

图3 便捷的手提箱一览

拓普康 GTL-1200 准备清单

全站式扫描仪隧道应用的优势是支持自主设站,绝对坐标直出保证精度,但价格也相对比较昂贵,还需要配脚架。

地面激光扫描用的 GTL-1200 主机与随机配件一览
地面激光扫描用的 GTL-1200 主机与随机配件一览

图4 GTL-1200 配件一览

控制点准备

现场控制点分布如下图:d4,d5,d6 为洞外控制点;GTL-1200 采用控制点:d4,d5,d6 后方交汇设站。灵光 L1 采用控制点:001,002,003,004(反射片,由 GTL-1200 采集坐标)

隧道洞内外测量控制点分布与后方交会示意图
隧道洞内外测量控制点分布与后方交会示意图

图5 现场控制点分布图

点云采集

灵光 L1 点云采集

手持灵光 L1 在隧道内进行控制点点云扫描
手持灵光 L1 在隧道内进行控制点点云扫描

图6 灵光 L1 进行控制点采集

隧道内手持灵光 L1 进行全景与三维点云采集
隧道内手持灵光 L1 进行全景与三维点云采集

图7 灵光 L1 进行全景采集

拓普康 GTL-1200 点云采集

技术人员在隧道洞外架设全站式扫描仪开展施工测量
技术人员在隧道洞外架设全站式扫描仪开展施工测量

图8 GTL-1200 进行后方交会设站

内业处理与数据对比

灵光 L1 数据线直连导出 las 格式点云,在 LixelStudio 中进行绝对坐标转换。

GTL-1200 需要用 SD 卡导出原始数据并通过预处理软件(Magnet Collage)转换为 las 格式。

中铁隧道局集团专业测量工程师利用项目部隧道专业处理软件,进行点云的对比分析,在相同里程提取断面进行对比分析。

现场隧道洞口里程 DK8+610.00,GTL-1200 放置在洞口位置,截取 DK8+610.00、DK8+620.00、DK8+630.00 三断面精度比较结果如下:

隧道断面施工监测报告,对比设计线与实测轮廓
隧道断面施工监测报告,对比设计线与实测轮廓

图9 DK8+610.00 断面对比

相邻里程断面的激光雷达测量轮廓与设计线对比
相邻里程断面的激光雷达测量轮廓与设计线对比

图10 DK8+620.00 断面对比

第三处断面对比分析,用于核验激光雷达精度
第三处断面对比分析,用于核验激光雷达精度

图11 DK8+630.00 断面对比

对比结果:灵光 L1 的精度与效率表现

通过对比分析报告可以看到,灵光 L1 和架站设备的数据偏差在10~20mm左右,虽然现阶段对于衬砌断面扫描工作还不能完全胜任,但完全满足隧道开挖、初支阶段的断面扫描工作。

同时,实时解算、结果直出的灵光 L1 作业效率非常高。扫描速度达每秒64万点,一站扫描作业时间不到2分钟,大幅度缩短外业扫描时间,可以实现每个洞口掌子面的开挖扫描,从源头控制超欠挖。

百隧云认为,灵光 L1 精度符合大部分隧道施工作业的需求,效率是架站设备的3-5倍,性价比与架站设备相较,有着明显的优势。

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