近年来，全国各大城市的地铁建设火热开工，而地铁也成为城际交通的主导，成为人们的主要出行工具，地铁沿线配套的高楼林立，商业繁荣，而在这之下蛛网密布的地铁线路的安全运行也成为管理部门非常重视的难题。

 上海地铁总长目前增至567公里，规模跃居世界第一，车站共计331座。预计2020年上海地铁网路总规模可达877公里。在这些庞大的数字底下需要投入巨大的人力精力进行地铁隧道的维护管理，确保地铁的正常运行。地铁收敛变形监测尽管只是管理维护工作其中之一，但仍然需要投入艰苦卓绝的努力。

 　由于上海地铁大部分通过城市地面，地表建筑物多，地下管网稠密复杂，长期的地铁运行势必会造成地铁隧道压力增大从而造成变形、沉降，为了掌握隧道变形的情况，提供精确的数据，定期对地铁隧道进行第三方收敛变形的监测是十分重要和必要的。

  地铁收敛变形是由于城市建筑物压力增大、地表层水土流失和地铁的长期运行对地铁隧道造成变形、沉降、倾斜等变化，从而需要专业的测绘单位对地铁隧道内部定期进行精确测量，用可靠的方案评估形变量对地铁隧道造成的影响，以保证形变值在安全范围内，并对可能发生的安全隐患或事故进行及时、准确的预报，让有关方面有时间作出决策，避免事故的发生。

2 需求分析

  地铁隧道收敛变形监测是一项既重要又关乎安全的重要工程，所以需要一种高效、快捷、精准的技术方案进行监测。

2.1 早期的监测方式

  地铁隧道监测可借助很多先进设备，收敛计、全站仪、水准仪等，而目前免棱镜高精度全站仪在隧道监测的应用更受青睐。

  全站仪水平收敛监测的技术原理是通过精确测定监测点的坐标，再通过计算便能够测量出水平收敛。

  全站仪进行监测的工作方法一般需要布点、测量、数据对比、图表分析等几个步骤。其误差与设备产品本身、控制点、测回、测程等都有很大关系，精度也从1mm至10mm不等。

2.2 存在的问题

  由于全站仪采用点式方式进行测量，需要测量大量的数据点，而数据对比也会抽样进行对比，所以会对某些地方的变化量不能直管反映出来。

  全站仪进行隧道监测存在的缺陷：

  ⑴只能单点测量，需要采集大量数据；

  ⑵需要严格对中整平，误差风险增大；

  ⑶需要多测回才能提高精度，效率不高；

  ⑷免棱镜测量精度较低。

2.3 三维激光扫描监测

  三维激光扫描技术是上世纪九十年代中期开始出现的一项高新技术，在国外已经广泛应用，近年来在国内也越来越引起关注。它是利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可以快速复建出被测目标的三维模型及点、线、面、体等各种图件数据。

  按照测量方式可将三维激光扫描仪分为脉冲式和相位式。脉冲式扫描是通过测量发射和接收激光脉冲信号的时间差来间接获得被测目标的距离，特点是距离远，但是速度慢、精度差；相位式扫描是用无线电波段的频率对激光束进行幅度调整并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长换算此相位延迟所代表的距离，通过软件计算出三维数据，特点是速度快、精度高，但距离较近。

  Z+F三维激光扫描仪是相位式扫描设备的代表之一，其地面式三维激光扫描仪分为5006H、5010、5010C等几款系列，扫描速度可达101万点/秒，测程可达187米，最高精度可达0.3mm。

　在地铁隧道的收敛变形监测方面完全可以引入三维激光扫描技术，可以对隧道内部进行面状式三维扫描，采用自带软件进行站点拼接、标定、平差等得到高精度高密度的点云数据，再使用第三方软件可方便地生成隧道的横断面数据，通过这些数据和原始数据做对比以得到隧道内部形变量的分析，以此来达到监测的目的。其精度高、速度快、数据完整等方面都是其他测量手段望尘莫及的。