基于三维激光扫描技术的隧道检测技术研究

基于三维激光扫描技术的隧道检测技术研究

李智宇

深圳市勘察研究院有限公司518026

摘要：21世纪以来，伴随着我国社会经济的快速发展以及科学技术的不断进步，公路建设规模越来越大，速度也越来越快，尤其是在隧道工程方面更是有了巨大的突破。在隧道工程建设中，由于地质环境十分复杂，因此需要对施工信息进行筛选，提高信息的精准度，从而确保施工顺利进行。目前，由于三维激光扫描技术的广泛运用，使得隧道检测技术得到了很大程度的提升，给隧道工程建设提供了较好的技术支撑。对此，本文在分析三维激光扫描技术工作原理的基础上，对其在隧道检测中的应用进行了重点分析。

关键词：三维激光扫描技术；隧道检测技术

1.前言

隧道检测是隧道工程建设施工中的一项重点环节，其主要作用是及时检测隧道施工问题并进行相应的补救，从而确保后期隧道运行安全。目前，基于三维激光扫描技术的隧道检测技术开始广泛的运用于隧道检测工作，这种检测技术较之于传统的隧道检测技术具有许多优点。一方面，它能够节省大量的人力、物力和财力，也不会对隧道本身产生一定的破坏；另一方面，它的检测效率较高，能够获取充足的施工信息，大大提高了检测的精准性。基于此，现阶段，国内外许多研究人员都对这种隧道检测技术展开了多方面研究。

2.三维激光扫描技术的工作原理

三维激光扫描技术是最近几年才出现了新技术，它主要是利用激光测距原理来收集和记录被测物体表面大量密集的点的三维坐标以及反射率和纹理等相关参数信息，然后通过这些信息将被测物体的三维模型以及线、面、体等各种土家数据进行精准重构。换言之，三维激光扫描技术就是一种实景复制技术，它能够获取被测物体表面的三维点云数据，因此能够在复杂环境下获取准确的被测物体三维立体信息[1]。目前，这种技术在许多领域得到广泛使用，如建筑工程、土木工程、文物保护、军事分析等其他领域。本文主要研究的是三维激光扫描技术在隧道检测领域的具体应用。

3.基于三维激光扫描技术的隧道检测技术

3.1隧道数据的采集

在隧道工程建设过程中，采集隧道数据能够准确把握隧道内的具体状况。对此，第一需要利用三维激光对站点数以及位置进行扫描，确保站点位置清晰，然后将三维激光扫描仪的Y轴正方向与隧道的正北方向形成一个夹角，并找准三脚架的所要摆放的位置，确保三脚架台面处于平稳状态，以此作为扫描基点。需要注意的是，三脚架需始终处于制动状态，并使用圆水准器将主机位置进行适当的调整，确保其平稳；第二，在确定基点之后，使用全站仪记测量和记录基点的三维坐标，以给之后的操作提供参数信息。同时，通过计算平差来确定靶标点位；第三，打开扫描仪电源，接入网线并对端口参数进行适当调整，然后再开启扫描软件，按照隧道检测的相关要求来对扫描精度、区域等进行参数设置，从而更好的采集隧道数据信息[2]；第四，在信息采集完成之后，需要对标靶位置信息进行记录。

图1现场采集图

3.2隧道数据的处理

在采集完隧道数据之后，接下来就要对隧道数据进行进一步的处理。利用三维激光扫描技术来进行隧道检测，能够用多个方式科学合理的处理隧道点云数据，如导入、除噪、坐标转换等，以此为隧道工程建设提供可靠的数据信息。将三维激光扫描技术应用于隧道检测中，能够将数据处理流程变得更为简洁规范[3]。此外，该技术还能将扫面对象作为核心，并消除没有关联的点云数据，从而是检测的精准度得到大幅度提升。

对隧道点云数据进行一定的处理之后，应该开始对其进行着色渲染工作，这主要是提高三维激光扫描技术在隧道检测技术中应用的精准度。在完成着色渲染工作之后，需要对点云数据进行适当的精简，这是因为三维激光扫描所得出的点云数量十分多，若不对其进行精简，则会对曲面重构产生一定的负面影响。因此，必须要做好点云数据精简工作，并调控好每个点云数据之间的间距，以确保隧道检测数据的真实性和有效性。

在使用三维激光扫描技术对隧道进行检测时，需要对坐标零点的位置进行固定，从而确保坐标能够有序转换。通常来讲，将扫描基点作为确定相对坐标的基本依据，然后根据隧洞检测的具体要求，将扫描基点进行适当处理，以满足检测需要[4]。在完成坐标转换工作之后，需要对点云数据进行拼接和匹配，以规范相关数据参数。需要注意的是，在获取点云数据时，由于隧道内地质环境十分复杂，因此必须要对扫描方式和频率进行准确把控，确保所获取的点云数据能够拼接成一幅完整的点云图。

3.3隧道建模分析

在隧道工程建设施工过程中，隧道数据的采集和处理是隧道检测的基础，只有做好这两项工作，才能为接下来的隧道检测提供必备的数据支持，而接下来的工作就是利用在三维激光扫描技术的基础上对隧道进行科学合理的建模分析，以此来确保隧道检测的有效性和精准度。所谓的隧道建模，就是在对隧道进行检测时，根据之前利用三维激光扫描仪所得到隧道数据，通过曲面的方式将隧道数据给完整的展示出来，这也就是曲面重构[5]。在完成曲面重构之后，再对隧道进行建模分析，构建一个完整的三维隧道模型图。在此过程中，需要根据隧道的实际施工状况，来选择一定数量的点云数据，并配合Cyclone等相关软件来对隧道数据进行除噪、拼接等处理，这样才能最终获取一个精准的三维模型图。

4.结语

综上所述，相比于传统的隧道检测技术，基于三维激光扫描技术的隧道检测技术能够通过对隧道数据进行采集和处理，并进行隧道建模分析，这大大提高了隧道检测的精准度，确保了后期整个隧道运行的安全性和稳定性，具有非常好的应用价值。三维激光扫描技术作为一种新科技，在未来还有很大的发展空间，因此，需要大力推广，使其能够发挥更大的作用，从而促进整个社会的持续稳定发展。

参考文献：

[1]王啸林.基于三维激光扫描技术的隧道检测技术分析[J].黑龙江交通科技，2018，41（04）：143-144.

[2]李宗平，张永涛，杨钊，陈培帅，江鸿.三维激光扫描技术在隧道变形与断面检测中的应用研究[J].隧道建设，2017，37（03）：336-341.

[3]袁凤祥.三维激光扫描技术在隧道工程检测中的应用[D].成都理工大学，2016.

[4]刘宝乐.三维激光扫描技术在隧道工程测量中的应用研究[D].长江科学院，2015.

[5]王令文，程效军，万程辉.基于三维激光扫描技术的隧道检测技术研究[J].工程勘察，2013，41（07）：53-57.