三维激光扫描技术的隧道检测中的运用分析

文少忠 罗素华

摘 要：以三维激光扫描技术为研究背景，在分析三维激光技术国内外发展现状的基础上，详细的分析探讨了隧道工程检测中三维激光扫描技术的应用要点。希望论述后，可以给相关工作人士提供参考。

关键词：三维激光;扫描技术;隧道检测

中图分类号：U456.3 文献标识码：A

0 引言

一般情况下，挖掘隧道该项工程进行之前都得仔细勘测本地的水源情况，并且需要与邻近建筑体现出来的特征相融合，才得以计划下一步的工程实施。与此同时，施工过程中还会出现隧道变形的情况，这是由于隧道内的压力值产生差异，从而使得四周构造的位置发生移动，也会改变外部土质的变化。这种情况可能会导致整个建筑发生位移，无法顺利进行施工，所以须得确保工程的安全性。隧道挖掘过程中，如果要提高质量水平，必须使用先进的扫描仪器进行分析勘测，现如今应用最广泛的便是三维激光扫描技术。

1 三维激光技术国内外发展分析

1.1 国外分析

三维激光扫描技术是一种新兴的勘测技术，具体体现在精确率、高效率以及清晰化这三方面，现已运用于各国家建筑工程，比如勘测地震，或者是维护公路、管道和文物。之前发生于日本的地震事件影响强烈，进而引起了相关部门的极大重视，因此便是采取了三维激光技术进行扫描，便于清楚得知震区附近的详细情况，进一步操控了灾区车辆的具体情况。

不仅如此，英国相关部门也曾花费巨大投入道路三维技术的使用，对于高速上发生的车祸事件，该项技术可以尽快收集有关的证据以及事故发生时的现场图，这可以为案件勘察提供重大线索，缩短了案件处理的时间。

荷兰工程学院的教授对于建筑中较为完整的基础构造、抑或是可以清楚展现出来的地质结构，进行扫描识别技术，但是还需要处理一些施工过程中可能发生的情况。

意大利和新加坡的RongjunQin等教授第一次将三维激光扫描技术与街道测绘系统（Mobile Mapping System，MMS）技术结合在一起，便于高效率观察城市的情况，保证整个城市的安全，促进了现代化高科技的更快发展。还有FrancioniM等运用三维激光扫描技术和常规技术相结合，可以较为准确估量采石场的安全性，同时具备了完整的测量分析性能。

比利时的SchueremansL等利用三维激光技术得知了其国家教堂的基本结构，并且根据此次测量建造了三维模型，用于检测建筑的安全性，同时详细解剖了其中一部分的构造，完成了该教堂的保存性能，影响深远。

约旦的Sharaf等对于沙漠宫殿的结构以及如何形成進行了仔细研究，并且结合网络地理信息系统技术，为互联网飞速运行提供了基本保障。

英国的J.A.Entwistle等在考古历史中主要采用了三维激光扫描技术，并且有很大的效果体现，这一技术为以后考古工作提供了坚定的前进方向。

俄罗斯的AndreyV.Leonov等针对国家的无线电塔进行了信息修复工作，建立了完整的三维模型。

土耳其CumhurSahin等对伊斯坦布尔的广场建立了完整的三维模型进行三维建模，借助其他辅助工具还原了模型结构，之后也运用于其他地区的建筑中。

1.2 三维激光技术在国内的概况

我国虽然对三维激光技术发现的较晚，但是发展的却很快，在技术方面甚至远超其他国家。三维技术可以实时分析森林中树木的基本数据，比如高度、直径以及表面积等数据采集，并且仔细分析研究了森林的实用性和开发价值，为三维激光技术运用于林业工程打下了坚实的基础。四川省安全科学技术研究院的开发团队第一次在建筑安全工程中运用了三维激光技术，比如开采中，需要按时建立三维模型，便于检测安全情况，对于危险的化工品制造过程中，将三维激光技术与其他先进技术结合在一起，初次完成了化工领域安全问题的及时监管工作，避免出现事故。地质工程勘测过程中，成都理工大学对于三维激光扫描技术的运用有很大的进步，比如在银屏水电站的开发工作中，便是采用了三维激光技术，并且效果显著。

2 基于三维激光扫描技术的隧道检测技术

2.1 在数据获取阶段进行运用

将三维激光扫描技术运用在获取数据环节中，便是在工程开始的时候，在每个站点设立使用扫描技术。获取数据阶段开始过程中，要及时定位每个站点的具体位置，为了确保数据的准确性，在站点附近还应设立一个数据扫描控制区。这些区域的设定，主要是便于导航系统实时掌控数据方位。既准确测量了建筑物的数据，又运用了科学合理的技术操作。三维扫描技术最主要的作用便是详细分析研究隧道施工时的数据，从而保证工程的安全性，提升质量以及价值。与此同时也缩减了工程量，提高了工作效率。

2.2 在数据处理阶段中应用

针对三维激光扫描技术应用于隧道检测工程中，可以借助排除噪音、多方位观察、改变地理坐标等方法进行数据管理，进而为隧道检测工程提供保障。通过三维激光扫描技术的操作，隧道工程实际工作过程变得严格，在数据记录进入系统后，可以把没有联系的数据删除，减少对隧道工程的影响。等到隧道数据收集完毕后，首先采取先进的科学技术对其进行分析，保证最大可能的准确性以及真实度。因为现在采用三维激光扫描技术的工程数量较多，如果操作不精确，那么便会直接造成建筑的施工出现问题，更严重会导致数据出现偏差。所以在三维激光扫描技术使用过程中，应当严密关注数据的分析处理问题，联合基本结构的标准要求，使用最合理的方式进行精简，把握好每个数据之间的长度以及距离问题，确保隧道监测工作的完整运行。由于在隧道检测过程中，三维激光扫描技术仍会存在或多或少的误差，因此必须要确定每个坐标的零点位置，基本要求零点坐标都是中心点，然后将零点坐标为中心，依序确定相应的其他坐标位置，考虑到隧道的实际情况以及基本要求，须得时刻检测数据的变换情况，促进隧道检测工作的顺利进行。一旦隧道内的坐标位置发生改变以后，需要联系实际工程情况，处理好每项数据的配对工作，从而提升此项操作的规范性。因为隧道检测工作严密且复杂，所以也给实际操作带来了很大的难度，所以采用三维激光扫描技术进行隧道检测时，必须要掌控好扫描的精准度，控制激光扫描的频率，保证最后获得的数据完整且准确，从而完成最终的检测目标。

2.3 点云检测

隧道检测过程中，如果前期的准备工作以及坐标站点的位置划分准确后，还需要相应的站台以及机器，接下来便可以采用三维激光技术进行操作。每一个坐标站点都需要扫描时间在四分钟以上才可以确保准确度。一般情况下来说，隧道工程建造时，还需要设立相应的承重柱，便于提高建筑的承受力度，也可以增加建筑的安全性。然而如果承重柱过多也会造成隧道检测工作效果不理想，这时候便需要合理的计算与估计，布置最合适的承重柱以便于隧道的平稳。同时也要计算好数据分析，结合实际情况处理，并且及时将数据以及三维模型导入进系统中。结合隧道检测工作的完整性来说，这一操作主要是为了检验施工过程中的各项数据能否符合要求，尽快分析产生数据差异的原因，同时采取一系列相应的应对举措，及时弥补错偏差，确保工程顺利运行。相关工作人员也应该直接控制数据之间的偏差，增加自身的专业技术能力，确保施工现场各种情况都准确无误，对于初期的施工方案也要及时进行调整。基于三维激光扫描技术的高效率运行，在隧道施工检测中能够将云数据分析出来的模型与三维激光扫描的模型进行对比，结合实际情况严格分析二者的不同之处，便于查缺补漏，从中选择最适用于隧道施工的方案，以防工程实际操作时发生突发情况无法应对。同时提高了隧道施工的稳定性及安全性，也表现出三维激光扫描技术的高效率操作。

从理论上分析，采用三维激光扫描技术时也可能有其他问题产生，比如色谱问题，不同环境下三维激光扫描的情况是不同的，如果根据色谱的分析图进行仔细高效的研究，并且依据得出的结论计算出与实际情况产生的误差，将二者的差异制作成分析方图，便于更快速分析结果。

2.4 隧道建模分析

运用三维激光扫描技术进行隧道检测时，对于隧道数据的收集工作，必须要展开合理规范的隧道建立模型分析，确保隧道检测的稳定性以及精确度。换句话说，就是在隧道检测的实际操作中，三维激光扫描仪扫描出来的各项数据，可以通过曲面的形式在图中完整体现出来、并且将此项分析结果作为基本根据，开始建立三维模型。建造模型的过程中，将工程现如今的实际情况联系在一起，选择合适的数据支持，通过Cyclone软件的协助，对隧道检测工作进行排除噪音、切割以及拼接相应设备的工作，然后建造三维模型，最终获取准确的数据报告，使得隧道工程操作更加精准，同时也对于以后的工作提供了完整的操作经验。

3 结束语

总而言之，隧道检测工作中合理运用三维激光技术，进行一系列的数据收集以及信息分析工作，既可以提高数据测量工作中的准确性，又能够完整利用云数据的分析结果，构建三维模型。隧道工程檢测过程必须要真实并且安全，这样才可以对其数据进行研究分析，同时也可以与其他方面进行对比，从而发现更多隧道施工过程中发生的问题。

参考文献：

[1]王飞，薛哲敏，黄宏伟.盾构隧道收敛变形倾角感知布设优化研究[J].天津大学学报（自然科学与工程技术版），2019，52（S1）：63-69.

[2]桑圣华，徐孟强，杜强，等.隧道净空收敛非接触量测方法及精度分析[J].矿山测量，2019，47（05）：86-90.

[3]夏才初，那通兴，张平阳，等.智能隧道激光收敛仪监测隧道拱顶下沉的原理及其应用[J].现代隧道技术，2018，55（02）：20-27.