隧道变形，是指在隧道的营运过程中由于受地面或者周边建筑物负载以及土体扰动、隧道周边工程及隧道工程结构施工等对隧道产生的综合变形。

利用三维激光扫描技术研究隧道整体变形分析方法使把整个隧道的点云数据以一定的间隔切取多个断面，针对隧道断面为圆型的情况，把断面点云拟合成空间圆形，并计算出各个断面各期拟合出的半径差值，以及该断面各期拟合面积的差值，由各期半径值和面积的变化量可以看出隧道壁管的整体形状变化情况。而隧道局部变性分析方法是通过里程位置进行断面切割，再利用分析点的提取方法获取断面上各个方向上的分析点，以中轴线为基点，计算各个分析点与基点之间距离，并把各期的距离值进行对比，即可获得隧道断面上各个方向的变形值。采用地面三维激光扫描技术测量隧道全断面变形，需要解决数据采集和数据处理两大方面的问题。数据采集方面，为兼顾数据采集的精度与效率，通过几何分析方法对关键的扫描参数进行优化，给出测站间距和扫描分辨率的最佳取值。讨论隧道内多个测站数据的拼接方法以及不同标靶布设方式对拼接精度的影响，建议采用全局拼接方案以减少误差。数据处理方面，由于地面三维激光扫描的原始数据不能直观地表示隧道的变形，因此提出基于点云的隧道三维建模算法，使隧道变形可视化。该算法联合采用圆柱面拟合与椭圆拟合进行点云建模，并运用误差分布统计规律进行点云降噪。通过与全站仪的精度比较试验，验证地面三维激光扫描技术在隧道变形测量中的可靠性，利用隧道三维建模算法得到的变形量与全站仪的测量结果相差在 2 mm 以内。

以地面型三维激光扫描点云数据为数据源，共包括5个部分：基于公共控制点的点云坐标系归化、加权分层的点云压缩、基于斜率收敛的隧道的断面截取、隧道超欠挖计算和隧道变形分析。在坐标系归化过程中，根据多个控制点平差计算旋转参数，保证了坐标系归化过程中的精确性。在点云压缩过程中，把加权分层的点云压缩方法与传统的八叉树分割的点云压缩方法进行对比，证明了加权分层的点云压缩算法更适合于隧道等长大线型工程的点云压缩。在隧道断面截取过程中，实现了由斜率限差的迭代计算来控制隧道中心线的拟合精度，其中还引入了顾及算个坐标方向的最小二乘平面拟合方法。在超欠挖计算与检测过程中，通过对速到断面的面积进行检测，联合隧道断面半径的变化值进行断面的收敛变形分析。最后对传统的变性分析方法进行可改进，将固定单点变性分析方法拓展为整体变性分析方法。

3. 研究计划与安排

2月1日-2月20日，查阅收集相关资料及文献，明确课题研究方向，确定论题，准备开题报告。

2月21日-3月4日，进一步修正研究目标、内容、和方法，完成开题报告。

3月5日-3日31日，学习三维激光扫描监测方法基本原理和相关算法，设置分析方案，完成阶段性报告。

4. 参考文献（12篇以上）

1. 毕俊，冯琰，顾星晔.三维激光扫描技术在地铁隧道收敛变形监测中的应用研究[j].测绘科学,2008，33(a2):14-15.

2. 夏国芳，王晏民.三维激光扫描技术在隧道横纵断面测量中的应用研究[j].北京建筑工程学院学报，2010（3）:21-24.

3. 邓洪亮，陈凯江，朱明岩.隧道监控量测三维激光扫描方法与应用研究[j].测绘通报，2012（s1）:123-125.

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