全文总字数：1481字

1. 研究目的与意义

变形是自然界普遍存在的现象，它是指工程在施工和运营过程中，由于地质条件的不同，水文情况的变化以及受到荷载和外力的作用，使形变体的大小、位置、形状等时间和空间上发生变化。大型工程建筑物在其施工和运营期间，都会产生一定的形变，当这种形变在安全限差值内时认为是正常现象，如果一旦超过了安全限差值就会扰乱其正常工作甚至引起灾难。

随着经济的发展，越来越多的人开始涌入城市，人口密度的剧增导致了地面交通压力加大。为了缓解地面交通压力，许多城市开始计划或已在建造地铁。地铁隧道建造在城市地质复杂、地下管线密集、交通繁忙的闹市中心，作为城市交通的重要组成部分，其安全问题不容忽视，隧道的变形监测是一项长期的工作，无论是在其施工期间还是在运营期间都要对其结构进行变形监测，其特点是监测项目多、路线长、测点多、测期频和数据量大。然而，传统的测量技术采用的都是单点式数据采集方式，观测所需时间长，劳动强度高，观测精度受到观测条件的影响较多，效率和空间分辨率均较低，不能及时、全面地反映变形信息，无法满足地铁隧道变形工作的需求。因此如何提高地铁隧道的变形监测的精度，提高地铁的安全预见性是目前亟待解决的问题。

随着科学技术的发展，上世纪九十年代中期出现的三维激光扫描技术改变了传统的数据采集方式，为空间三维信息的获取提供了全新的技术手段。它采用非接触主动测量方式，快速、高效、直接采集空间点位信息获取目标物体高精度三维点云数据。不仅能在隧道施工阶段进行变形监测，更重要的是能在地铁运营期间对隧道进行监测，而不影响隧道的正常运营，这是传统的测量技术无法做到的。运用三维激光扫描技术对隧道及其周围的地质进行监测，及时处理影响隧道安全使用的病害问题，能营造更加安全可靠的交通运输环境，对保障地铁的安全运营具有重要意义，达到监测于变形、辨险于分析、预警于未然。

2. 国内外研究现状分析

详见文献综述。

3. 研究的基本内容与计划

本文的重点是介绍了点云数据的拼接、建模，并对隧道的两期点云数据进行变形分析。结合利用leica c10扫描仪进行数据采集，介绍了点云数据的几种典型的拼接方法，并提出了无缝拼接方案，然后对点云数据进行建模，最后对南京地铁的两期点云数据进行变形监测分析。

1. 研究内容

第一章：从地铁隧道安全监测的重要性和三维激光扫描技术的先进性阐述了本文的研究背景和研究意义，并介绍了三维激光扫描技术和点云处理处理技术的发展现状，交代了本文的主要研究内容和研究思路。

4. 研究创新点

针对上述问题，本文提出了一种改进的解决方案，无缝拼接技术。在进行无缝拼接前，先使用粗拼(迭代最小空间分布熵法)有效改善ICP算法中对于初始拼接位置的要求,然后进行无缝拼接，依扫描站的顺序,依次利用相邻站扫描重叠区内的同名标志点建立坐标转换模型,求取各站在项目坐标系下的坐标平移和旋转参数,再根据闭合条件,对求取的各站平移和旋转参数进行加权误差分配,并以改正后的平移和旋转参数建立各站扫描点云的坐标转换模型,将其转换到同一项目坐标系下,实现多站扫描点云数据的无缝拼接,且其精度不会明显降低.由于粗拼尽可能地消除了待拼接数据之间的偏差，优化了初始拼接位置，且后续无缝拼接仅需根据有限的同名点对计算各站的坐标平移和旋转参数并根据闭合条件对其进行加权误差分配,不需要将庞大的点云数据调入内存进行处理,所以计算量小,简单易行,尤其适合于多达数十站地铁隧道扫描点云的拼接。