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1、10申请公布号CN103806478A43申请公布日20140521CN103806478A21申请号201410018203322申请日20140115E02D33/0020060171申请人同济大学地址200092上海市杨浦区四平路1239号72发明人谢雄耀卢晓智朱侃唯刘欢王培74专利代理机构上海智信专利代理有限公司31002代理人吴林松54发明名称一种地下连续墙变形的测量方法57摘要本发明公开了一种基坑地下连续墙变形的测量方法，在数据采集方面，采用三维激光扫描仪能够快速测量地下连续墙的三维坐标、采用工作基点作为拼接控制点，通过布设变形监测工作基点和基准点建立控制网，在扫描地下连续墙的同时。
2、扫描工作基点，能够把地下连续墙的点云配准到控制网的绝对坐标系中；在数据处理方面，采用点云规则网格化建模技术，重构地下连续墙三维模型；将不同时期的地下连续墙三维模型进行比较，能够获取地下连续墙所有位置的变形。该测量方法能够在基坑开挖施工过程中测量地下连续墙的整体变形，无需布设监测点，减少对施工的干扰，测量效率非常高，为基坑施工提供了全面的监测数据。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图1页10申请公布号CN103806478ACN103806478A1/2页21一种地下连续墙变形的测量方法，其特征在于包括以下步骤。
3、（1）在基坑开挖影响区域外布设至少3个基准点，且基坑开挖施工前，采用控制测量方法测量所述基准点的三维坐标以建立绝对坐标系；在基坑开挖影响区域内布设至少3个变形监测的工作基点，每期变形观测时将所述工作基点与所述基准点进行联测，以获得所述工作基点在绝对坐标系中的坐标；（2）采用分站式的布设方式沿基坑地下连续墙的边线布设多个测站以布置三维激光扫描仪，建立由三维激光扫描仪确定的参考坐标系，使用三维激光扫描仪获取所述工作基点以及地下连续墙的点云，根据坐标变换原理，以所述工作基点在绝对坐标系中的三维坐标作为基准，将所述地下连续墙的点云从参考坐标系变换至绝对坐标系中，并删除绝对坐标系中除地下连续墙点云以外的。
4、噪声点；（3）根据基坑平面图的轮廓线，将直线段的地下连续墙的点云作为一个区段分割出来；并将各个区段的地下连续墙点云分割成若干个区域，将每个区域内的点云转化成一个特征点，用来表示该区域的三维坐标，所有特征点构成地下连续墙的三维模型；（4）比较不同时期的地下连续墙三维模型，则三维模型中对应特征点的变位就是地下连续墙在该位置处的变形。2根据权利要求1所述的地下连续墙变形的测量方法，其特征在于所述步骤（1）中，基准点的布置点位分布均匀且覆盖整个基坑开挖影响区域；所述每个工作基点至少与两个基准点以及两个三维激光扫描测站通视设置。3根据权利要求1或2所述的地下连续墙变形的测量方法，其特征在于所述步骤（1）。
5、中，在基坑开挖影响区域外布设4个棱镜作为基准点，在基坑开挖影响区域内布设4个标靶作为工作基点。4根据权利要求1所述的地下连续墙变形的测量方法，其特征在于所述步骤（1）中，所述基坑开挖影响区域的范围取决于地层的性质、基坑开挖深度H、墙体入土深度、下卧软弱土层深度以及开挖支撑施工方法。5根据权利要求1或4所述的地下连续墙变形的测量方法，其特征在于所述基坑开挖影响区域处于在基坑边界线外侧14H的范围内。6根据权利要求1所述的地下连续墙变形的测量方法，其特征在于所述步骤（1）中，所述控制测量方法为高程控制测量、平面控制测量或三维控制测量。7根据权利要求1所述的地下连续墙变形的测量方法，其特征在于所述步。
6、骤（2）中，所述多个测站覆盖地下连续墙的全部区域，在测站上布设三维激光扫描仪，选定地下连续墙和工作基点作为扫描目标进行扫描测量，每个测站获取一部分地下连续墙的点云，直至所有测站的扫描工作均完成，使用工作基点作为拼接控制点，将所有测站的点云归并到一个统一的参考坐标系中，从而获取完整的地下连续墙的点云。8根据权利要求1或7所述的地下连续墙变形的测量方法，其特征在于所述步骤（2）中，将工作基点在绝对坐标系中的三维坐标导入点云后处理软件中，作为第一组数据，将参考坐标系中的工作基点以及地下连续墙点云导入点云后处理软件中作为第二组数据，利用点云后处理软件中的点云拼接功能对两组数据进行拼接，拼接时以工作基点。
7、作为拼接控制点，以第一组数据的坐标系作为拼接的基准坐标系，以最终将地下连续墙的点云配准到绝对坐标系中；权利要求书CN103806478A2/2页3利用点云后处理软件中的点云框选工具选取偏离地下连续墙较远的点，将其视为噪声点删除。9根据权利要求8所述的地下连续墙变形的测量方法，其特征在于所述点云后处理软件为CYLONE、POLYWORKS、REALWORKSSURVEY、GEOMAGIC中的任意一种。10根据权利要求1所述的地下连续墙变形的测量方法，其特征在于所述步骤（3）中，将地下连续墙的点云分割成若干个20CM20CM的正方形网格区域，对每个区域的点云定义一个坐标系，使X轴为水平方向，Z轴为。
8、竖直方向，Y轴为地下连续墙的法线方向，以下规定坐标的量纲为M，设区域内点云数量为N，点云坐标为PIXI,YI,ZI,I1,2,LN区域的边界由XMIN和ZMIN两个参数决定，满足如下条件则该区域的特征点PX,Y,Z可由下式确定权利要求书CN103806478A1/6页4一种地下连续墙变形的测量方法技术领域0001本发明属于基坑工程监测技术领域，涉及基坑工程变形监测技术，尤其是以地下连续墙作为围护结构的基坑工程的变形监测技术。背景技术0002随着城市建设的快速发展，城市土地资源变得越来越紧缺，建筑用地向地下空间发展成为趋势，基坑工程项目越来越多。由于工程地质勘察和设计施工方案中包含了许多不确定因。
9、素，加上城市建筑密集，基坑开挖会对周围建筑的稳定性造成影响，所以对基坑施工工程中引发的围护结构变形和周边环境影响等监测已成为基坑工程中不可或缺的重要环节。0003在城市软土地区的基坑工程中，地下连续墙是使用最为广泛的基坑围护结构形式，监测地下连续墙的变形也成为基坑监测的重要内容。传统上测量地下连续墙变形的方法是，在地下连续墙布设若干个测点，用测斜管测量其侧向变形。然而，这种监测方法只能获取某几个断面的变形数据，无法准确反映基坑的整体变形信息。发明内容0004本发明的目的在于提供一种地下连续墙变形的测量方法，能够快速高效地测量地下连续墙的变形，无需布设监测点，减少对施工的干扰，测量效率非常高，并。
10、且能够获取地下连续墙整体的变形信息，为基坑施工提供了全面的监测数据。0005为达到上述目的，本发明的解决方案是0006一种地下连续墙变形的测量方法，包括以下步骤0007（1）在基坑开挖影响区域外布设至少3个基准点，且基坑开挖施工前，采用控制测量方法测量所述基准点的三维坐标以建立绝对坐标系；在基坑开挖影响区域内布设至少3个变形监测的工作基点，每期变形观测时将所述工作基点与所述基准点进行联测，以获得所述工作基点在绝对坐标系中的坐标；0008（2）采用分站式的布设方式沿基坑地下连续墙的边线布设多个测站以布置三维激光扫描仪，建立由三维激光扫描仪确定的参考坐标系，使用三维激光扫描仪获取所述工作基点以及地。
11、下连续墙的点云，根据坐标变换原理，以所述工作基点在绝对坐标系中的三维坐标作为基准，将所述地下连续墙的点云从参考坐标系变换至绝对坐标系中，并删除绝对坐标系中除地下连续墙点云以外的噪声点；0009（3）根据基坑平面图的轮廓线，将直线段的地下连续墙的点云作为一个区段分割出来；并将各个区段的地下连续墙点云分割成若干个区域，将每个区域内的点云转化成一个特征点，用来表示该区域的三维坐标，所有特征点构成地下连续墙的三维模型；0010（4）比较不同时期的地下连续墙三维模型，则三维模型中对应特征点的变位就是地下连续墙在该位置处的变形。0011所述步骤（1）中，基准点的布置点位分布均匀且覆盖整个基坑开挖影响区域；。
12、所说明书CN103806478A2/6页5述每个工作基点至少与两个基准点以及两个三维激光扫描测站通视设置。0012所述步骤（1）中，在基坑开挖影响区域外布设4个棱镜作为基准点，在基坑开挖影响区域内布设4个标靶作为工作基点。0013所述步骤（1）中，所述基坑开挖影响区域的范围取决于地层的性质、基坑开挖深度H、墙体入土深度、下卧软弱土层深度以及开挖支撑施工方法。0014优选的，所述基坑开挖影响区域处于在基坑边界线外侧14H的范围内。0015所述步骤（1）中，所述控制测量方法为高程控制测量、平面控制测量或三维控制测量。0016所述步骤（2）中，所述多个测站覆盖地下连续墙的全部区域，在测站上布设三维激。
13、光扫描仪，选定地下连续墙和工作基点作为扫描目标进行扫描测量，每个测站获取一部分地下连续墙的点云，直至所有测站的扫描工作均完成，使用工作基点作为拼接基准点，将所有测站的点云归并到一个统一的参考坐标系中，从而获取完整的地下连续墙的点云。0017所述步骤（2）中，将工作基点在绝对坐标系中的三维坐标导入点云后处理软件中，作为第一组数据，将参考坐标系中的工作基点以及地下连续墙点云导入点云后处理软件中作为第二组数据，利用点云后处理软件中的点云拼接功能对两组数据进行拼接，拼接时以工作基点作为拼接控制点，以第一组数据的坐标系作为拼接的基准坐标系，以最终将地下连续墙的点云配准到绝对坐标系中；0018利用点云后处。
14、理软件中的点云框选工具选取偏离地下连续墙较远的点，将其视为噪声点删除。0019所述点云后处理软件为CYLONE、POLYWORKS、REALWORKSSURVEY、GEOMAGIC中的任意一种。0020所述步骤（3）中，将地下连续墙的点云分割成若干个20CM20CM的正方形网格区域，对每个区域的点云定义一个坐标系，使X轴为水平方向，Z轴为竖直方向，Y轴为地下连续墙的法线方向，以下规定坐标的量纲为M，设区域内点云数量为N，点云坐标为0021PIXI,YI,ZI,I1,2,LN0022区域的边界由XMIN和ZMIN两个参数决定，满足如下条件00230024则该区域的特征点PX,Y,Z可由下式确定0。
15、0250026由于采用上述方案，本发明的有益效果是0027本发明涉及到现场测量和数据处理两方面0028（一）现场测量方面为获取基坑整体变形信息，本发明采用三维激光扫描仪测量地下连续墙的三维坐标，三维激光扫描仪采用分站式的布设方案，即沿着基坑边缘布设多个测站，每个测站获取一部分地下连续墙的点云，采用工作基点（标靶）作为拼接基准点，把说明书CN103806478A3/6页6所有测站的点云归并到一个统一的坐标系中，从而获取完整的地下连续墙的点云。0029为了确保在不同时期获取的地下连续墙的点云处于同一个坐标系中，在基坑开挖影响区域外布设至少3个基准点（棱镜），且基坑开挖施工前，采用控制测量方法测量基。
16、准点的三维坐标以建立绝对坐标系；在基坑开挖影响区域内布设至少3个变形监测的工作基点，每期变形观测时将所述工作基点与所述基准点进行联测，以获得工作基点在绝对坐标系中的坐标。0030由于三维激光扫描技术是一种“面测量”技术，以地下连续墙作为扫描目标时，其能够以激光测量方式获取目标表面测点的三维坐标，测量速度非常快，每秒钟能够测量几万个甚至几十万个测点（即三维坐标数据称为“点云”），在测量过程中，点云能够被自动记录到三维激光扫描仪的存储系统中，在数据处理阶段可将这些坐标数据导出。0031（二）数据处理的目的在于将地下连续墙点云配准到绝对坐标系中，并建立地下连续墙的三维模型。针对数据处理需要解决的技术。
17、问题，本发明提出一种点云处理方法，步骤如下0032（1）采用工作基点（标靶）作为拼接控制点，对地下连续墙点云进行拼接；0033（2）以工作基点在绝对坐标系中的三维坐标作为基准，将地下连续墙点云配准到绝对坐标系；0034（3）删除地下连续墙以外的噪声点；0035（4）根据基坑平面图的轮廓线，将直线段的地下连续墙的点云作为独立的区段分割出来；0036（5）采用点云规则网格化建模技术，将各个区段的地下连续墙点云分成若干个区域，将每个区域内的点云转化成一个特征点，用来表示该区域的三维坐标，所有特征点构成地下连续墙的三维模型。0037通过现场测量和数据处技术获取地下连续墙表面轮廓后，将不同时期的地下连续。
18、墙三维模型进行比较，三维模型中对应特征点的位置变化就是地下连续墙在该位置处的变形，最终可获得基坑的整体变形信息。附图说明0038图1是本发明所示的地下连续墙变形的测量方法的工作流程图；0039图2是地下连续墙变形测量方法的的平面布置示意图；0040图中1、地下连续墙，3、三维激光扫描仪测站，4、工作基点，5、基准点，6、基坑开挖施工影响区域边界线。具体实施方式0041以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。0042本发明公开了一种地下连续墙变形的测量方法，涉及到现场测量和数据处理两方面。现场测量方面，本发明以地下连续墙1作为扫描目标，采用三维激光扫描技术进行测量，能够获取成千上万个间距为。
19、几个毫米的测点的三维坐标，测量速度非常快，点云能够被自动记录到三维激光扫描仪的存储系统中，在数据处理阶段可将这些坐标数据导出。数据处理阶段将地下连续墙点云配准到绝对坐标系中，并建立地下连续墙1的三维模型。通过说明书CN103806478A4/6页7现场测量和数据处技术获取地下连续墙表面轮廓后，将不同时期的地下连续墙1三维模型进行比较，三维模型中对应特征点的位置变化就是地下连续墙1在该位置处的变形，最终可获得基坑的整体变形信息。0043如图1所示，当确定一个基坑工程的地下连续墙1的围护结构作为地下连续墙测量方法的实施对象后，其整体变形的监测包括以下步骤0044（1）在基坑开挖影响区域外即基坑开挖。
20、施工影响区域边界线6外布设至少3个基准点5，且基坑开挖施工前，采用控制测量方法测量基准点5的三维坐标以建立绝对坐标系；在基坑开挖影响区域内基坑开挖施工影响区域边界线6内布设至少3个变形监测的工作基点4，每期变形观测时将工作基点4与基准点5进行联测，以获得工作基点4在绝对坐标系中的坐标。0045一般的，基坑开挖影响区域的范围取决于地层的性质、基坑开挖深度H、墙体入土深度、下卧软弱土层深度以及开挖支撑施工方法，本实施例中，基坑开挖影响区域处于在基坑边界线外侧14H的范围内。0046如图2所示，由于基准点5位于基坑开挖影响区域外，其位置是不会变化的，在基坑开挖施工前，通过控制测量方法确定基准点5的坐。
21、标，至少三个基准点5可形成一个绝对坐标系，此时基准点5的三维坐标是已知的。工作基点4位于基坑开挖影响区域内，其位置在绝对坐标系中会发生变化。每期变形观测时，对工作基点4和基准点5进行联测，测量工作基点4的坐标，通过已知的基准点5的三维坐标就能够确定工作基点4在绝对坐标系中的坐标。0047其中，控制测量方法可分为两大类，第一类是高程控制测量和平面控制测量，高程控制测量可采用水准测量方法、电磁波测距三角高程测量方法，平面控制测量可采用边角测量、导线测量、GPS测量及三角测量、三边测量等方法。第二类控制测量方法是三维控制测量，可使用GPS测量及边角测量、导线测量、水准测量和电磁波测距三角高程测量的组。
22、合方法。联测是指由坐标已知的基准点5测量坐标未知的工作基点4，具体的测量方法与控制测量相同。0048步骤（1）中，在基坑开挖影响区域外通过布设多个棱镜作为基准点5，基准点5的布置点位均匀分布且覆盖整个基坑开挖影响区域。由于每个棱镜能够确定一个基准点5的三维坐标，根据几何学原理，至少需要三个基准点5才能够形成一个坐标系，故本实施例中，棱镜的数量不能少于3个。实际测量时，棱镜数量应该在4个以上，原因有二确保部分棱镜失效时仍然能够依靠剩余的棱镜形成坐标系；多余的棱镜使测量具有冗余度，有利于提高测量精度。但是，如果棱镜数量太多则会增加测量的工作量，降低了测量效率，也增加了测量的成本。基于上述考虑，本实。
23、施例中，共设置4个棱镜数作为基准点5，但可根据实际情况酌情增加。0049基坑开挖影响区域内工作基点4的数量也不少于3个，工作基点4应尽量靠近基准点以及三维激光扫描仪测站3，以便于同时进行测量。工作基点4处的标靶和基准点5的棱镜无需一一对应，由于工作基点4的作用是把基准点5的绝对坐标系和三维激光扫描的参考坐标系联系起来，根据坐标变换的原理，每个工作基点4至少要与两个基准点5以及两个三维激光扫描测站3通视设置。本实施例中，同棱镜的布置考虑，在基坑开挖影响区域内布设4个标靶作为工作基点4。说明书CN103806478A5/6页80050（2）采用分站式的布设方式沿基坑地下连续墙1的边线布设多个测站3。
24、以布置三维激光扫描仪，建立由三维激光扫描仪确定的参考坐标系，使用三维激光扫描仪获取所述工作基点4以及地下连续墙1的点云，根据坐标变换原理，以工作基点4在绝对坐标系中的三维坐标作为基准，将地下连续墙1的点云从参考坐标系变换至绝对坐标系中，并删除绝对坐标系中除地下连续墙1点云以外的噪声点。0051在根据基准点5的三维坐标建立绝对坐标系，并确定多个工作基点4在绝对坐标系中的坐标后，接下来每期变形观测时采用三维激光扫描仪获取工作基点4坐标以及地下连续墙1的点云，工作基点4和地下连续墙1点云的坐标都处于一个由三维激光扫描仪确定的参考坐标系中，参考坐标系由三维激光扫描仪的内部系统指定，以三维激光扫描仪所在。
25、的位置为坐标系的原点，在水平面内以某两个互相垂直的方向为X轴和Y轴，以竖直方向为Z轴。由于工作基点4在绝对坐标系和参考坐标系中的坐标都是已知的，根据坐标变换原理，将工作基点4的坐标从参考坐标系变换至绝对坐标系，在这个过程中地下连续墙1的点云也能够从参考坐标系变换至绝对坐标系。每一次测量都执行上述过程，就可以使地下连续墙1的点云处于同一个绝对坐标系中。0052步骤（2）中，每期变形观测时，在测站3上布设三维激光扫描仪，选定地下连续墙1和工作基点4作为扫描目标进行扫描测量，每个测站3获取一部分地下连续墙1的点云，直至所有测站3处的扫描均完成。在每个测站3进行扫描时，至少要扫描3个工作基点4才能满足。
26、拼接的要求。同时，扫描范围应覆盖该测站3视线范围内全部的地下连续墙1。当然由于实际视线的遮挡，每个测站3可能只能扫描到一部分的地下连续墙1，所以需要设置多个测站3，才能扫描到基坑全部的地下连续墙1。0053将工作基点4在绝对坐标系中的三维坐标导入点云后处理软件中，作为第一组数据，将参考坐标系中的工作基点4以及地下连续墙1点云导入点云后处理软件中作为第二组数据，利用点云后处理软件中的点云拼接功能对两组数据进行拼接，拼接时以工作基点4作为拼接控制点，以第一组数据的坐标系作为拼接的基准坐标系，以最终将地下连续墙1的点云配准到绝对坐标系中；然后删除绝对坐标系中除地下连续墙1点云以外的噪声点；为了获得精。
27、确的地下连续墙1三维模型，提高测量结果的可靠性，本实施例利用点云后处理软件中的点云框选工具选取偏离地下连续墙1较远的点，将其视为噪声点删除。0054上述点云后处理软件为CYLONE、POLYWORKS、REALWORKSSURVEY、GEOMAGIC中的任意一种。0055（3）根据基坑平面图的轮廓线，将直线段的地下连续墙1的点云作为一个区段分割出来；并将各个区段的地下连续墙1点云分割成若干个区域，将每个区域内的点云转化成一个特征点，用来表示该区域的三维坐标，所有特征点构成地下连续墙1的三维模型。0056步骤（3）中，将地下连续墙1的点云分割成若干个20CM20CM的正方形网格区域，对每个区域的。
28、点云定义一个坐标系，使X轴为水平方向，Z轴为竖直方向，Y轴为地下连续墙1的法线方向，以下规定坐标的量纲为M，设区域内点云数量为N，点云坐标为0057PIXI,YI,ZI,I1,2,LN0058区域的边界由XMIN和ZMIN两个参数决定，满足如下条件0059说明书CN103806478A6/6页90060则该区域的特征点PX,Y,Z可由下式确定00610062若基坑如附图所示为矩形，则地下连续墙1可区分为四个平面，若基坑为其他形状，一般为多边形，则地下连续墙1就会被分为多个平面0063（4）比较不同时期的地下连续墙1三维模型，则三维模型中对应特征点的变位就是地下连续墙1在该位置处的变形。0064上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。说明书CN103806478A1/1页10图1图2说明书附图CN103806478A10。