三維激光掃描技術的隧道檢測中的運用分析

文少忠 羅素華

摘 要：以三維激光掃描技術為研究背景，在分析三維激光技術國內外發展現狀的基礎上，詳細的分析探討了隧道工程檢測中三維激光掃描技術的應用要點。希望論述后，可以給相關工作人士提供參考。

關鍵詞：三維激光;掃描技術;隧道檢測

中圖分類號：U456.3 文獻標識碼：A

0 引言

一般情況下，挖掘隧道該項工程進行之前都得仔細勘測本地的水源情況，并且需要與鄰近建筑體現出來的特征相融合，才得以計劃下一步的工程實施。與此同時，施工過程中還會出現隧道變形的情況，這是由于隧道內的壓力值產生差異，從而使得四周構造的位置發生移動，也會改變外部土質的變化。這種情況可能會導致整個建筑發生位移，無法順利進行施工，所以須得確保工程的安全性。隧道挖掘過程中，如果要提高質量水平，必須使用先進的掃描儀器進行分析勘測，現如今應用最廣泛的便是三維激光掃描技術。

1 三維激光技術國內外發展分析

1.1 國外分析

三維激光掃描技術是一種新興的勘測技術，具體體現在精確率、高效率以及清晰化這三方面，現已運用于各國家建筑工程，比如勘測地震，或者是維護公路、管道和文物。之前發生于日本的地震事件影響強烈，進而引起了相關部門的極大重視，因此便是采取了三維激光技術進行掃描，便于清楚得知震區附近的詳細情況，進一步操控了災區車輛的具體情況。

不僅如此，英國相關部門也曾花費巨大投入道路三維技術的使用，對于高速上發生的車禍事件，該項技術可以盡快收集有關的證據以及事故發生時的現場圖，這可以為案件勘察提供重大線索，縮短了案件處理的時間。

荷蘭工程學院的教授對于建筑中較為完整的基礎構造、抑或是可以清楚展現出來的地質結構，進行掃描識別技術，但是還需要處理一些施工過程中可能發生的情況。

意大利和新加坡的RongjunQin等教授第一次將三維激光掃描技術與街道測繪系統（Mobile Mapping System，MMS）技術結合在一起，便于高效率觀察城市的情況，保證整個城市的安全，促進了現代化高科技的更快發展。還有FrancioniM等運用三維激光掃描技術和常規技術相結合，可以較為準確估量采石場的安全性，同時具備了完整的測量分析性能。

比利時的SchueremansL等利用三維激光技術得知了其國家教堂的基本結構，并且根據此次測量建造了三維模型，用于檢測建筑的安全性，同時詳細解剖了其中一部分的構造，完成了該教堂的保存性能，影響深遠。

約旦的Sharaf等對于沙漠宮殿的結構以及如何形成進行了仔細研究，并且結合網絡地理信息系統技術，為互聯網飛速運行提供了基本保障。

英國的J.A.Entwistle等在考古歷史中主要采用了三維激光掃描技術，并且有很大的效果體現，這一技術為以后考古工作提供了堅定的前進方向。

俄羅斯的AndreyV.Leonov等針對國家的無線電塔進行了信息修復工作，建立了完整的三維模型。

土耳其CumhurSahin等對伊斯坦布爾的廣場建立了完整的三維模型進行三維建模，借助其他輔助工具還原了模型結構，之后也運用于其他地區的建筑中。

1.2 三維激光技術在國內的概況

我國雖然對三維激光技術發現的較晚，但是發展的卻很快，在技術方面甚至遠超其他國家。三維技術可以實時分析森林中樹木的基本數據，比如高度、直徑以及表面積等數據采集，并且仔細分析研究了森林的實用性和開發價值，為三維激光技術運用于林業工程打下了堅實的基礎。四川省安全科學技術研究院的開發團隊第一次在建筑安全工程中運用了三維激光技術，比如開采中，需要按時建立三維模型，便于檢測安全情況，對于危險的化工品制造過程中，將三維激光技術與其他先進技術結合在一起，初次完成了化工領域安全問題的及時監管工作，避免出現事故。地質工程勘測過程中，成都理工大學對于三維激光掃描技術的運用有很大的進步，比如在銀屏水電站的開發工作中，便是采用了三維激光技術，并且效果顯著。

2 基于三維激光掃描技術的隧道檢測技術

2.1 在數據獲取階段進行運用

將三維激光掃描技術運用在獲取數據環節中，便是在工程開始的時候，在每個站點設立使用掃描技術。獲取數據階段開始過程中，要及時定位每個站點的具體位置，為了確保數據的準確性，在站點附近還應設立一個數據掃描控制區。這些區域的設定，主要是便于導航系統實時掌控數據方位。既準確測量了建筑物的數據，又運用了科學合理的技術操作。三維掃描技術最主要的作用便是詳細分析研究隧道施工時的數據，從而保證工程的安全性，提升質量以及價值。與此同時也縮減了工程量，提高了工作效率。

2.2 在數據處理階段中應用

針對三維激光掃描技術應用于隧道檢測工程中，可以借助排除噪音、多方位觀察、改變地理坐標等方法進行數據管理，進而為隧道檢測工程提供保障。通過三維激光掃描技術的操作，隧道工程實際工作過程變得嚴格，在數據記錄進入系統后，可以把沒有聯系的數據刪除，減少對隧道工程的影響。等到隧道數據收集完畢后，首先采取先進的科學技術對其進行分析，保證最大可能的準確性以及真實度。因為現在采用三維激光掃描技術的工程數量較多，如果操作不精確，那么便會直接造成建筑的施工出現問題，更嚴重會導致數據出現偏差。所以在三維激光掃描技術使用過程中，應當嚴密關注數據的分析處理問題，聯合基本結構的標準要求，使用最合理的方式進行精簡，把握好每個數據之間的長度以及距離問題，確保隧道監測工作的完整運行。由于在隧道檢測過程中，三維激光掃描技術仍會存在或多或少的誤差，因此必須要確定每個坐標的零點位置，基本要求零點坐標都是中心點，然后將零點坐標為中心，依序確定相應的其他坐標位置，考慮到隧道的實際情況以及基本要求，須得時刻檢測數據的變換情況，促進隧道檢測工作的順利進行。一旦隧道內的坐標位置發生改變以后，需要聯系實際工程情況，處理好每項數據的配對工作，從而提升此項操作的規范性。因為隧道檢測工作嚴密且復雜，所以也給實際操作帶來了很大的難度，所以采用三維激光掃描技術進行隧道檢測時，必須要掌控好掃描的精準度，控制激光掃描的頻率，保證最后獲得的數據完整且準確，從而完成最終的檢測目標。

2.3 點云檢測

隧道檢測過程中，如果前期的準備工作以及坐標站點的位置劃分準確后，還需要相應的站臺以及機器，接下來便可以采用三維激光技術進行操作。每一個坐標站點都需要掃描時間在四分鐘以上才可以確保準確度。一般情況下來說，隧道工程建造時，還需要設立相應的承重柱，便于提高建筑的承受力度，也可以增加建筑的安全性。然而如果承重柱過多也會造成隧道檢測工作效果不理想，這時候便需要合理的計算與估計，布置最合適的承重柱以便于隧道的平穩。同時也要計算好數據分析，結合實際情況處理，并且及時將數據以及三維模型導入進系統中。結合隧道檢測工作的完整性來說，這一操作主要是為了檢驗施工過程中的各項數據能否符合要求，盡快分析產生數據差異的原因，同時采取一系列相應的應對舉措，及時彌補錯偏差，確保工程順利運行。相關工作人員也應該直接控制數據之間的偏差，增加自身的專業技術能力，確保施工現場各種情況都準確無誤，對于初期的施工方案也要及時進行調整。基于三維激光掃描技術的高效率運行，在隧道施工檢測中能夠將云數據分析出來的模型與三維激光掃描的模型進行對比，結合實際情況嚴格分析二者的不同之處，便于查缺補漏，從中選擇最適用于隧道施工的方案，以防工程實際操作時發生突發情況無法應對。同時提高了隧道施工的穩定性及安全性，也表現出三維激光掃描技術的高效率操作。

從理論上分析，采用三維激光掃描技術時也可能有其他問題產生，比如色譜問題，不同環境下三維激光掃描的情況是不同的，如果根據色譜的分析圖進行仔細高效的研究，并且依據得出的結論計算出與實際情況產生的誤差，將二者的差異制作成分析方圖，便于更快速分析結果。

2.4 隧道建模分析

運用三維激光掃描技術進行隧道檢測時，對于隧道數據的收集工作，必須要展開合理規范的隧道建立模型分析，確保隧道檢測的穩定性以及精確度。換句話說，就是在隧道檢測的實際操作中，三維激光掃描儀掃描出來的各項數據，可以通過曲面的形式在圖中完整體現出來、并且將此項分析結果作為基本根據，開始建立三維模型。建造模型的過程中，將工程現如今的實際情況聯系在一起，選擇合適的數據支持，通過Cyclone軟件的協助，對隧道檢測工作進行排除噪音、切割以及拼接相應設備的工作，然后建造三維模型，最終獲取準確的數據報告，使得隧道工程操作更加精準，同時也對于以后的工作提供了完整的操作經驗。

3 結束語

總而言之，隧道檢測工作中合理運用三維激光技術，進行一系列的數據收集以及信息分析工作，既可以提高數據測量工作中的準確性，又能夠完整利用云數據的分析結果，構建三維模型。隧道工程檢測過程必須要真實并且安全，這樣才可以對其數據進行研究分析，同時也可以與其他方面進行對比，從而發現更多隧道施工過程中發生的問題。

參考文獻：

[1]王飛，薛哲敏，黃宏偉.盾構隧道收斂變形傾角感知布設優化研究[J].天津大學學報（自然科學與工程技術版），2019，52（S1）：63-69.

[2]桑圣華，徐孟強，杜強，等.隧道凈空收斂非接觸量測方法及精度分析[J].礦山測量，2019，47（05）：86-90.

[3]夏才初，那通興，張平陽，等.智能隧道激光收斂儀監測隧道拱頂下沉的原理及其應用[J].現代隧道技術，2018，55（02）：20-27.