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摘要：以贵州山区某公路挡墙为例，研究了三维激光扫描仪系统在挡土墙变形分析中的应用。通过I-Site8820XR-CT三维激光扫描仪对该挡土墙进行点云数据的采集，建立实景挡土墙的三维立体模型，通过建模分析挡土墙的自身稳定性及其影响因素，对挡土墙变形数据进行过滤，提取，通过变形数据分析，可对挡土墙的变形情况进行预警。
1 引言
伴随社会的发展，国家加大了对基础设施，尤其是新基建的建设，贵州乃至全国大数据的蓬勃发展，以前的收集数据，获取数据的手段已经不能够满足用户及工程建设的需要，高精度，多渠道、海量的数据需求量日趋增大。目前，随着经济的高速发展，产生了大量的人工高陡挡土墙，加之由自然灾害形成的自然坡体，高陡挡土墙及边坡的危害性越来越大，对高陡挡土墙及高边坡、滑坡体进行变形测量，可实时了解其变形情况，降低高陡挡土墙对人身、自然财产的损害[1-3]。地面移动式的三维激光扫描仪是一种集成多种集成技术的高端测量工具，已逐渐被广泛应用于变形测量之中。三维激光扫描仪采用非接触式、主动测量的方式，利用激光扫描获得的大量的点云数据、数据真实可靠性较高，提取建模空间大，最直接地反映了客观事物实时的、变化的、真实的形态特性，所以人们将激光扫描技术作为快速获取空间数据的一种有效的手段[4-7]。有人将其称为继GPS后的又一项“测绘技术革新”，为挡土墙变形测量提供多种可供选择的途径和办法。I-Site8820XR-CT是澳大利亚MAPTEK公司研发的三维激光扫描仪，配套公司自主研发的边坡监测软件SENTRY，可实现挡土墙变形的实时监测。
2 三维激光扫描技术原理简介
地面三维数字激光扫描系统的工作原理大致可分为三类：脉冲激光测距法、激光三角法、相位干涉法。随着技术的改进，现代激光扫描仪为了确定被测物的三维坐标，所采用的工作原理大都基于脉冲激光测距，利用反射回的脉冲激光来确定一个已知参数的内部坐标作为扫描仪坐标系[9-13]。如图1所示：
获取扫描目标对象的点云数据坐标原理为：通过计算从发射到反射被接收的脉冲激光时间得到目标点到扫描仪的距离值S;并依据仪器严格精密的内部测量系统装置获取发射出去的激光光束的纵向、横向的扫描角度;同时计算测量出每个激光脉冲与测量仪之间的固有坐标系X轴夹角α和XOY面夹角θ，由此得到点P的三维坐标（X，Y，Z）的计算公式为：
依据扫描目标点反射的激光强度，给不同的反射点匹配对应的R，G，B 颜色，成千上万的扫描点汇集在屏幕上呈现出“点云”立体图像，接下来的内业处理即用扫描仪配套的点云处理软件直接对该图像测量就可得到所要的物体长度、宽度等几何量的测量，还可以实现三维影像点云数据编辑、数据转换、点云数据拼接与拟合、纹理分析处理、空间数据三维逆向建模以及点云影像的三维可视化等功能。
3 地面三维激光扫描技术的特点
地面三维激光扫描技术的主要特点如下：
（1）快速性：可以瞬间快速获取测量物体表面大量的点云数据。
（2）非接触性：可以不需要接触物体的表面来对目标进行扫描，基于这种优点，非常适合在危险区域进行测量作业[8-9]。
（3）激光的穿透性：可以同时获取不同层面的不同位置的几何信息。
（4）实时的主动测量：扫描方式为主动式，现场工作不受现场时间的限制，也不受空间的限制，可以随时、随地的进行。
（5）高精度：截止目前掃描仪的模型测量可以达到2mm的精度。
4 挡土墙变形测量
建立危险挡土墙三维模型，通过分析挡土墙与节理产状的关系，对挡土墙稳定性分析，对于存在危险的挡土墙可应用I-Site8820XR-CT进行挡土墙变形测量，可实现对挡土墙的面监测，现以某公路挡墙为例介绍I-Site8820XR-CT在挡土墙监测中的应用：
4.1 挡土墙全景数据采集
应用I-Site8820XR-CT可实现挡土墙全景数据的采集，采集点云的同时采集影像数据，方便后期数据分析，挡土墙全景数据如图1所示：
4.2 挡土墙数据的多次采集
将I-Site8820XR-CT架设于固定观察墩上，无需布设控制点，在同一个位置上实现对挡土墙多次数据采集，本实例共采集了6次数据。
4.3 挡土墙变形测量数据的自动分析
I-Site Sentry可以利用I-Site8820XR-CT采集的挡土墙数据进行软件集成化的处理，可自行定义挡土墙区域，软件自动分析绘制该区域的水平位移—时间曲线图、速度—时间曲线图，单点位移图，面状区域位移—时间曲线等。如图2所示：
4.4 变形预警
应用设备自带的监测软件Sentry可自定义挡土墙变形区域极限值，包括：水平位移值、竖向位移值，变形速率值等，当变形超过极限值时，可以自动进行预警，可通过手机APP发送相关信息、登陆网页窗口等手段通知相关工作人员及业主单位。
5 结论
如今采用三维激光扫描技术能够快速、有效的获取物体表面的的三维坐标，大量可靠性较高的点云数据。其提高了监测的面，使得监测目标从点扩展到面上，测量精度、监测效率都得到了极大的T提高，可以有效实现挡土墙稳定性分析，对于存在危险的挡土墙可应用I-Site8820XR-CT进行挡土墙变形测量，可实现对挡土墙的面监测，同时对变形数据进行分析，可对存在危险的挡土墙进行变形预警，保证高陡挡土墙的安全，对可能存在危险的部分进行加固处理。
参考文献
[1] 赵小平，闫丽丽，刘文龙. 三维激光扫描技术挡土墙监测研究[J]. 测绘科学，2010，04：25-27.
[2] 李智临. 三维激光扫描技术用于滑坡挡土墙空间分析[D].长安大学，2012.
1 引言
伴随社会的发展，国家加大了对基础设施，尤其是新基建的建设，贵州乃至全国大数据的蓬勃发展，以前的收集数据，获取数据的手段已经不能够满足用户及工程建设的需要，高精度，多渠道、海量的数据需求量日趋增大。目前，随着经济的高速发展，产生了大量的人工高陡挡土墙，加之由自然灾害形成的自然坡体，高陡挡土墙及边坡的危害性越来越大，对高陡挡土墙及高边坡、滑坡体进行变形测量，可实时了解其变形情况，降低高陡挡土墙对人身、自然财产的损害[1-3]。地面移动式的三维激光扫描仪是一种集成多种集成技术的高端测量工具，已逐渐被广泛应用于变形测量之中。三维激光扫描仪采用非接触式、主动测量的方式，利用激光扫描获得的大量的点云数据、数据真实可靠性较高，提取建模空间大，最直接地反映了客观事物实时的、变化的、真实的形态特性，所以人们将激光扫描技术作为快速获取空间数据的一种有效的手段[4-7]。有人将其称为继GPS后的又一项“测绘技术革新”，为挡土墙变形测量提供多种可供选择的途径和办法。I-Site8820XR-CT是澳大利亚MAPTEK公司研发的三维激光扫描仪，配套公司自主研发的边坡监测软件SENTRY，可实现挡土墙变形的实时监测。
2 三维激光扫描技术原理简介
地面三维数字激光扫描系统的工作原理大致可分为三类：脉冲激光测距法、激光三角法、相位干涉法。随着技术的改进，现代激光扫描仪为了确定被测物的三维坐标，所采用的工作原理大都基于脉冲激光测距，利用反射回的脉冲激光来确定一个已知参数的内部坐标作为扫描仪坐标系[9-13]。如图1所示：
获取扫描目标对象的点云数据坐标原理为：通过计算从发射到反射被接收的脉冲激光时间得到目标点到扫描仪的距离值S;并依据仪器严格精密的内部测量系统装置获取发射出去的激光光束的纵向、横向的扫描角度;同时计算测量出每个激光脉冲与测量仪之间的固有坐标系X轴夹角α和XOY面夹角θ，由此得到点P的三维坐标（X，Y，Z）的计算公式为：
依据扫描目标点反射的激光强度，给不同的反射点匹配对应的R，G，B 颜色，成千上万的扫描点汇集在屏幕上呈现出“点云”立体图像，接下来的内业处理即用扫描仪配套的点云处理软件直接对该图像测量就可得到所要的物体长度、宽度等几何量的测量，还可以实现三维影像点云数据编辑、数据转换、点云数据拼接与拟合、纹理分析处理、空间数据三维逆向建模以及点云影像的三维可视化等功能。
3 地面三维激光扫描技术的特点
地面三维激光扫描技术的主要特点如下：
（1）快速性：可以瞬间快速获取测量物体表面大量的点云数据。
（2）非接触性：可以不需要接触物体的表面来对目标进行扫描，基于这种优点，非常适合在危险区域进行测量作业[8-9]。
（3）激光的穿透性：可以同时获取不同层面的不同位置的几何信息。
（4）实时的主动测量：扫描方式为主动式，现场工作不受现场时间的限制，也不受空间的限制，可以随时、随地的进行。
（5）高精度：截止目前掃描仪的模型测量可以达到2mm的精度。
4 挡土墙变形测量
建立危险挡土墙三维模型，通过分析挡土墙与节理产状的关系，对挡土墙稳定性分析，对于存在危险的挡土墙可应用I-Site8820XR-CT进行挡土墙变形测量，可实现对挡土墙的面监测，现以某公路挡墙为例介绍I-Site8820XR-CT在挡土墙监测中的应用：
4.1 挡土墙全景数据采集
应用I-Site8820XR-CT可实现挡土墙全景数据的采集，采集点云的同时采集影像数据，方便后期数据分析，挡土墙全景数据如图1所示：
4.2 挡土墙数据的多次采集
将I-Site8820XR-CT架设于固定观察墩上，无需布设控制点，在同一个位置上实现对挡土墙多次数据采集，本实例共采集了6次数据。
4.3 挡土墙变形测量数据的自动分析
I-Site Sentry可以利用I-Site8820XR-CT采集的挡土墙数据进行软件集成化的处理，可自行定义挡土墙区域，软件自动分析绘制该区域的水平位移—时间曲线图、速度—时间曲线图，单点位移图，面状区域位移—时间曲线等。如图2所示：
4.4 变形预警
应用设备自带的监测软件Sentry可自定义挡土墙变形区域极限值，包括：水平位移值、竖向位移值，变形速率值等，当变形超过极限值时，可以自动进行预警，可通过手机APP发送相关信息、登陆网页窗口等手段通知相关工作人员及业主单位。
5 结论
如今采用三维激光扫描技术能够快速、有效的获取物体表面的的三维坐标，大量可靠性较高的点云数据。其提高了监测的面，使得监测目标从点扩展到面上，测量精度、监测效率都得到了极大的T提高，可以有效实现挡土墙稳定性分析，对于存在危险的挡土墙可应用I-Site8820XR-CT进行挡土墙变形测量，可实现对挡土墙的面监测，同时对变形数据进行分析，可对存在危险的挡土墙进行变形预警，保证高陡挡土墙的安全，对可能存在危险的部分进行加固处理。
参考文献
[1] 赵小平，闫丽丽，刘文龙. 三维激光扫描技术挡土墙监测研究[J]. 测绘科学，2010，04：25-27.
[2] 李智临. 三维激光扫描技术用于滑坡挡土墙空间分析[D].长安大学，2012.