基于三维激光扫描技术的 隧道检测技术研究

文选跃

随着我国交通建设水平的不断提高，隧道工程项目的规模与数量也有了较大的提升，在其施工中，隧道检测是获取隧道基本信息的重要环节，获取的信息数据也会直接影响隧道的施工质量与施工安全性。目前三维激光扫描技术的应用范围越来越广，将该技术应用到隧道检测中能够使得隧道信息获取与处理更为便捷、高效、可靠，而且还能够利用三维展示将数据信息更加直观地进行表达，从而帮助相关人员对隧道工程进行详细的分析。基于此，本文就三维激光扫描技术的隧道检测技术进行了分析。

三维激光扫描技术起源于20世纪90年代，近几年在文物考古、建筑测绘、地形测量、交通事故调查等领域发挥着重要的作用。在隧道检测技术的应用中。三维激光扫描技术主要利用的是激光测距的原理，其能够快速且自动的获取测得的点云数据，数据采集效率相比传统的单点采集更高，也更加准确，对保障隧道工程项目的施工质量与施工安全发挥着重要的作用。

一、三维激光扫描技术

1.概念

三维激光扫描技术采用的是激光测距的原理实现非接触、快速获取地物目标的三维点云数据和纹理（影像）数据，并对采集到的数据进行处理后进行三维建模，以此可以将复杂环境下的结构数据以三维的形式展示给相关工作人员，为空间信息数据库提供丰富的数据源。其在实际应用中主要使用的设备是三维激光扫描仪，在激光测距仪与反射棱镜的支持下完成测距扫描，同时其还集成了激光扫描仪、数码相机、软件及附属设备，测量速度较快，获取的数据信息精确度也比较高。

2.运行原理

在三维激光扫描技术的实际应用中，首先需要激光测距仪发射激光，进入隧道的激光会发生反射，测距仪在接收反射回的激光信号，这一来回就完成了测距作业。之后建立起自定义坐标系，三维激光扫描仪发射器发射激光脉冲信号，激光脉冲信号进入到隧道中遇到自然物就会形成漫反射并最终反传至接收器中，在此基础上精准测量激光脉冲横向与纵向扫描角度观测值，最后运用标准处理软件将所采集数据进行转换。

3.特点

三维激光扫描技术具有如下特点，一是具有快速性，通过操作三维激光扫描仪就能够对隧道内部空间进行快速的扫描，并得出数据信息，数据也会及时进行更新；二是采样率比较高，扫描过程中可以大面积采集目标物体的表面信息，同时采集数据速度达到每秒几万点到几百万点之间；三是具有实时性、动态性、主动性，借助三维激光扫描仪，开展工作的时候不会受到光照、气压等外界条件的影响；四是具有非接触性的特点，在隧道检测中只需要借助三维激光扫描系统发射出的激光信号以及反射棱镜发射和接收反射信号的方式就可以完成信息数据的采集，全程不需要测量人员接触测量物体，在对环境复杂的隧道进行检测时候，非接触性也能够大大保障测量人员的安全；五是具有全数字特征、自动化特点，三维激光扫描技术采集的信息具有数字特性，方便显示输出，而且可靠性好，在数据的采集、处理与建模过程中都呈现较明显的自动化，比如：数据采集工作是通过TCP/IP或者平行连线接口来控制，数据处理与建模使用的是一些处理软件等，而且扫描的三维信息数据具有兼容性，可操作性较好；六是系统拥有外置（或内置）数码相机，对实地的目标物体选择有较大帮助，也能够适应多种不良环境，而且是由软件通过平台接口实现对数码相机的控制，处理较为简单；七是新型扫描系统拥有定位装置，以便可以将扫描的点云数据直接输出为绝对坐标，提高生产效率。由此可见，三维激光扫描技术的应用价值较高，在隧道检测中更是有效提高了检测质量与安全。

二、基于三维激光扫描技术的隧道检测技术

1.隧道数据采集

隧道数据信息是隧道施工的基础保障，在其采集过程中首先需要对隧道的实际情况有一个初步的了解，并以此确定三维激光扫描站点数与具体位，其中站点位置应该在其有效的扫描测程之内。随后还需要确定隧道内的正北方向，并使其与扫描仪Y轴正方向形成夹角，三脚架台面保持水平，然后以此为基点进行三维激光扫描工作，所得出的数据结果需要详细进行记录。三维扫描基点确定以后以全站仪对该基点三维坐标进行准确测量和记录，从平面控制测量与高程控制测量两个方面来进行控制测量，得出测量结果以后进行平差计算，并以此来得出较为精准的靶标点位。将三脚架设置在基点位置并使其保持制动状态，对三脚架与微调扫描仪底座下方的圆水准器进行调节，始终保持其处水平状态，然后打开电源并插入网线，然后利用扫描软件确定仪器扫描区域的角度是否合适，采集间距是否准确，并设置好亮度、精度等参数后开始进行扫描工作，最终得到精确的隧道数据信息，采集完数据以后还需要将标靶的位置记录下来。需要注意的是，在扫描工作中应该控制好扫描方式，掌握好扫描频率，确保运用三维激光扫描技术所获取的隧道点云数据能够组成完整的点云图，满足隧道检测工作的多元化信息需求。

2.隧道数据处理

在隧道数据的采集环节中会得到点云数据，之后需要对其进行处理，具体包括了导入、噪声去除、多视对齐、数据精简、坐标转换等环节，以此来确保数据信息的科学性，并以此来为隧道施工提供相应的数据支持。首先，需要将获得的点云数据按照规范的数据处理流程导入到界面中，并将其中不存在联系的点云数据筛选出来并清除，避免干扰问题，该环节就属于噪声去除；然后进行多视对齐，其主要目的就是为了将点云技术对齐与拼接，但是在扫描中经常会遇到扫描目标比较大得情况，或者扫描的环境比较复杂，在这种情况下还需要从不同的角度、不同的位置进行重复性扫描；除噪、多视对齐环节完成以后还需要对点云数据进行着色与渲染，其主要目的是获得更加真实的数据效果，提高三维激光扫描技术的应用效果，一般来说，扫描工作中获得的点云数据量比较庞大，曲面重构的效果以及隧道检测的精确度也会受到一定影响，因此可以通过对点云数据的精简处理来解决这样以问题，一般常用的精简方式为:平均精简→在未处理的点云数据中每n个点中保留1个→按照一定距离精简→完成精简之后，需要注意的是，点与点之间的距离应该大于某一个固定值，这样也可以最大程度上确保隧道检测的精确性。之后在坐标转换的过程中还需要确定坐标零点，并将其作为中心点确定相对坐标。需要注意的是，在坐标转换以后还应该结合点云数据进行数据匹配拼接处理，点云数据的坐标点可以转换至大地坐标系上。

3.隧道建模分析

在隧道数据采集以及隧道数据处理的基础上还需要进行隧道建模，在建模过程中需要严格按照所采集到的点云数据以及经过处理后的高精确性的数据信息为基础，以便确保建模的精准性。一般三维激光扫描仪获取的隧道数据是以曲面的形式表现出来的，在曲面重构的基础上可以完成三维模型的构件，相关建模人员可以结合隧道的实际情况，并利用Cyclone软件进行建模，在此基础上可以实现对整个隧道工程的全方位了解，并及时地调整施工方案等，在上述操作中，整个隧道的施工情况也能够被明确掌握，在此基础上进行施工不仅可以提高施工质量，也能够保障施工安全。

三、结语

综上所述，隧道检测是当前隧道施工过程中的重要环节，检测质量直接会影响隧道工程的施工质量以及施工安全，基于三维激光扫描技术的隧道检测技术主要就是从隧道数据采集、隧道数据处理以及隧道建模等方面发挥作用，使得隧道检测中能够得到精准的数据信息，并以此为基础实现隧道的三维建模，方便了相关施工人员对隧道施工方案的科学调整与优化，最大程度上保障了施工的安全性与施工质量。在未来的发展过程中，三维激光扫描技术的应用价值也会不断提高，隧道检测以及相关建筑施工在三维激光扫描及数的支持下也会实现进一步的发展，从而为现代社会的良好建设奠定坚实的基础。