点云扫描在既有线隧道施工快速应用方式研究

0.引言

甘钟铁路位于陕西省境内的陕北及关中地区，是“陕煤南运外送”的重要通道，担负着陕北革命老区物资运输的重要职责。甘钟线北起包西铁路甘泉北车站，沿洛河河谷向南途经延安市、铜川市、渭南市，终至钟家村站。线路长度为 224.52km，现状为内燃牵引，计划对全线电气化改造，该项目建设工期短，隧道内接触网施工全部为营业线施工，为加快工程施工进度，我们引进点云扫描技术对隧道进行全面扫描测量，确定隧道内定位安装形式及标准，提高了作业效率。

1.方案制定

1.1 施工准备

（1）事先熟悉设计图纸，选择起测点。

（3）施工前一天，准备好所用的工具、激光测量仪、测量仪水准支架、并对测量人员进行技术交底

1.2 纵向定位

（1）人员入网后，先设好防护。

（2）根据图纸核对起测点，并定位起测点坐标。按计划逐个测量。

1.3 数据测量

（1）根据现场情况，设置点云扫描仪测量间距，测量距离分别为450m、960m、1200m。（2）根据既有设备数量及繁杂程度设置仪器测量密度，分别为 40pt/㎡、60pt/㎡、 80pt/m^∘ 。要求数据采集精度越高，设备越复杂，分辨率密度越高。

2.点云扫描测量

2.1 施工准备

（1）由测量起点出发，一人提激光扫描仪和外置单反相机、一人拿水准仪支架、一人做测量防护。（2）测量起点杆号在接触网平面图中已标出，测量线路和位置尽量选择高程较高且较平整的路面进行。2.2 测量方法

（1）水准仪支架放置到起测点，找准水平后将激光扫描仪放置到位，操作设备进行打点扫描。

（2）架设外置单反相机进行图片拍摄。

（3）待起测点扫描完毕，进行起测点坐标定位，测量值自动储存。

（4）一人取下激光扫描及外置单反相机，另一人收起水准仪支架，向第二测量点出发。

（5）按照测量计划，合理分配测量点间距（一般为2 个跨距）及每点位扫描时间（每点扫描时间约为3min）

（6）测量终点测量完毕后，进行终点坐标定位，测量值自动储存。

3.点云的处理与分析

3.1 点云处理

（1）技术人员使用Riscan Pro 数据处理软件搭建三维模型、提取“点云”成果。

（2）导出外置单反相机图片数据，将图像与三维“点云”模型进行拼接。

（3）根据需求提取相应点数据信息，制作测量数据表。

3.2 点云特征提取通过三维“点云”模型了解本区段地形、线路特征、干扰处理类型等概况，并核对设计图与实际情况是否相符，初步确定本区段接触网悬挂形式及吊柱选用型号等，检验接触网设计是否合理，对不合理处所及时提出并进行纠偏等。

（1）提取接触网对应公里标处隧道净空，对应拉出值处隧道净空及该处隧道断面变化率等，为接触网吊柱肩架选型等提供技术支持等。

（2）检验实际里程与设计里程是否一致，里程是否闭合

（3）接触网悬挂定位处是否有附属物，隧道定位布置是否合理（如提取无线传输设备、电力配电箱、照明设施、漏缆路径等设施进行冲突碰撞）。

（4）锚段关节位置是否合理。

（5）将上述了解的情况详细记录在测量记录表中，必要时应结合三维模型对照说明。

4.技术水平体现

点云扫描所采用的相关基础应用技术，属于计算机领域中较为成熟技术。通过施工现场实践将新型信息化技术同传统的接触网施工相结合，提高了隧道内接触网悬挂定位装置安装一次达标率，保证了项目建设质量，为隧道内接触网施工提供了另一种思路方法。

一是将大量需人工天窗点内测量的数据交由点云扫描提取，且精度高于人工测量精度，同时可复验；二是将人工测量计算容易出错的吊柱、肩架角度、长度等交由计算机系统模拟处理比对，避免了人为的错误，提高了制图、下料加工、安装调整的准确性及合理性；三是采用“精心测量、设备施工建模、一次到位、确保质量”的原则进行施工，施工前多次建模模拟，反复论证技术参数，施工期间精心组织，合理安排工期，减少施工过渡设备及设备过渡时间，确保施工质量及设备安全，按期、圆满完成隧道内接触网施工任务，合格率100%，优良率100%。四是为确保施工效率，积极与厂家联合开发基于轨道移动平车点云扫描技术，提高工作效率，最大限度的提高测量准确性。

5 结束语

本次采用点云扫描技术在既有线隧道内接触网测量计算施工作业中进行了实践探索，虽然点云扫描技术在甘钟线电气化改造工程中取得了成功，应用了现场实践，提高了作业效率，但其在既有线使用具有一定的风险性，必须在线路封锁、设置好行车防护的情况下方可使用。

参考文献

[1]中铁第一勘察设计院图纸：甘钟施网04隧道内接触悬挂安装图。

[2]接触网锚臂角度测量探讨. 陆世进;崔秋菊.铁道勘察，2013（05）。

[3]襄渝既有线隧道锚臂更换施工方法探讨.刘玉峰;李原高.低碳世界，2020（09）。

4]基于激光扫描的铁路轨面高程信息快速采集研究[J]. 黄登强.自动化与仪器仪表，2022（

[5]普速铁路电气化改造接触网悬挂技术要点及应用分析[J]. 李振兴.工程建设与设计，2023（03）