摘要：现阶段，我国隧道工程地质环境复杂、施工条件恶劣，对隧道工程检测技术提出了较高的要求。传统的测绘技术主要为单点式，局限性较大，而三维激光扫描技术能对复杂的空间进行精细的扫描，获取大量三维激光点云数据，并以数据为基础构建三维模型，保障隧道工程施工的科学决策和顺利开展。
关键词：三维激光扫描技术；隧道工程检测；应用
1三维激光扫描技术原理分析
三维激光扫描技术的运行，需要多项先进技术设备的协调配合，组建一个现代化的空间信息数据获取系统，满足实际检测需求，就三维激光扫描技术的设备组成情况来看，主要包括三维激光扫描仪、软件操控设备、数据处理系统及相关配件等，每个设备都在三维激光扫描技术应用中发挥着不可替代的作用。三维激光扫描技术以三维激光扫描仪为核心设备，通过激光测距仪与反射棱镜的组合，完成测距扫描等相关操作。就其运行原理来看，激光测距仪发射激光的同时，将隧道内部反射回的信号进行准确接收，在发送与接收的这一循环中，完成了激光测距操作。待建立自定义坐标系后，将激光脉冲信号自三维激光扫描仪发射器中发射出去，隧道内部存在自然物，这些自然物会对激光脉冲信号形成漫反射，在漫反射的作用下，激光脉冲信号最终反传至接收器中，在明确目标点与扫描仪距离后，能够对激光脉冲横向与纵向扫描角度观测值进行科学且精准测量，最后运用标准处理软件将所采集数据进行转换，从而为空间信息数据库提供可靠的数据信息，至此三维激光扫描技术的应用价值得到全面发挥。三维激光扫描技术能够对复杂环境及空间范围内的三维立体信息进行精准获取，并且基于自身优势对扫描目标的三维模型进行重构，明确三维坐标数据，将复杂环境及空间状态下的事物真实形态再现出来，因而在当今科学技术条件下，也将三维激光扫描技术称作是实景拷贝技术。三维激光扫描技术在隧道检测中的应用，在数据获取上可实现非接触，能够最大程度上弥补传统操作方式的不足，有效实现检测保护，提高检测数据精准度，且使得三维数据展示效果更为丰富，为隧道工程检测和数据分析提供可靠的技术手段，获得到工程检测人员的高度评价。
2三维激光扫描技术与传统技术的区别
隧道工程属于隐蔽工程，传统的隧道岩体监测一般采用全站仪、罗盘和皮尺。传统的隧道工程围岩变形收敛监测方式是在洞壁上埋设监测点，然后通过全站仪、水平仪、收敛仪等进行监控，并通过地质罗盘测量围岩结构面的形状，获得比较真实可靠的数据。而三维激光扫描技术通过高速激光扫描进行测量，不需要与洞壁进行接触，能大面积、高分辨率、快速地获得被测物体表面的三维坐标，从而得到海量点云数据，为隧道工程三维模型建立提供基础。目前，第三代三维激光扫描仪可以一次扫描一个面，几秒内就能获得100多万点，测量净深达到300~500m，能短时间、远距离地获得被扫描对象的三维坐标数据，还原施工现场的场景，从而完成围岩的监测和地质勘查工作，并真实地反映施工岩层的地质情况。另外，监测获得的围岩变形收敛的前后比对数据，是隧道施工中确保围岩的稳定性的重要技术保障。
3基于三维激光扫描技术的隧道检测技术
3.1隧道数据采集
基于三维激光扫描技术的隧道数据采集的应用，需全面把握隧道实际情况，明确三维激光扫描站点数与具体位置，保证所选站点位置清晰且处于有效扫描测程内，之后找准隧道内正北方向，将其与扫描仪Y轴正方向形成夹角，保证所选位置平整，以便三脚架台面保持水平，以此作为三维激光扫描的基点，避免对隧道数据采集准确度造成影响。待确定三维激光扫描基点后，以全站仪对该基点三维坐标进行准确测量和记录，以待后续应用。通过平面控制测量与高程控制测量后，准确计算平差，以此判定靶标点位。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆将三脚架放置平稳后，令其处于制动状态，通过圆水准器调整主机位置，直至其保持水平状态。将三维激光扫描仪的电源打开，插入网线并调整端口参数，打开扫描软件，结合隧道检测需求设置亮度、扫描精度以及扫描区域等相关参数，以便规范开展数据采集。待完成隧道数据采集后，应观察标靶位置并做好准确记录。
3.2隧道数据处理
基于三维激光扫描技术的隧道检测技术中，能够通过导入、除噪、多视对齐、坐标转换等方式对隧道点云数据进行科学化处理，从而为隧道工程提供可靠的数据支持。在三维激光扫描技术的支持下，隧道数据处理流程比较规范，在隧道采集数据导入后，以扫面对象为核心，将不存在联系的点云数据清除，降低不可控因素对隧道检测结果所产生的干扰，从而提高隧道检测结果精准度。待点云数据除噪、多视对齐后，应运用先进技术对点云数据进行着色渲染，以保证三维激光扫描技术在隧道检测技术中应用的真实性和准确度。由于应用三维激光扫描技术所获得的点云数量较大，若精简不到位，势必会影响曲面重构效果，甚至影响隧道检测精准度。因此基于三维激光扫描技术的隧道数据处理过程中，应高度重视点云数据的精简处理，结合曲面重构需求及精度要求出发，采取平均精简、距离精简等方式，控制好点云数据之间距离，以保证隧道检测数据的规范性和有效性。基于三维激光扫描技术的隧道检测过程中，为促进坐标的有序转换，需要明确坐标零点，一般以默认中心点为准，以三维激光扫描仪的扫描基点为依据确定相对坐标，结合隧道检测实际需求，将扫描基点转换为隧道检测相关处理，以满足隧道建模分析需求，推进隧道检测工作的高效开展。在坐标转换之后，需结合点云数据具体情况，做好数据匹配拼接处理，将点云数据位置自各坐标系转换至大地坐标系上，提高点云数据的规范性。由于隧道检测具有一定复杂性，点云数据的获取难度较大，因此应用三维激光扫描技术开展隧道检测时，应当控制好扫描方式，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。
3.3隧道建模分析
应用三维激光扫描技术开展的隧道检测过程中，在隧道数据采集和数据处理的基础上，需要开展科学的隧道建模分析，以保证隧道检测的准确度。也就是说，在隧道检测过程中，运用三维激光扫描仪获取相关隧道数据后，通过曲面形式向隧道数据表示出来，即可完成整个曲面重构，并以此为依据因公三维激光扫描技术开展隧道建模分析，构建三维模型。在三维模型构建过程中，结合隧道工程具体情况，选取一定量的点云数据，在Cyclone软件的协调作用下，对隧道数据进行除噪、拼接、切割等处理，之后构建三维模型，从而获得精准可靠的隧道检测数据，为隧道工程建设提供可靠的参数支持。
4结论
通过以上分析可知，隧道检测是一项系统且复杂的工作，对检测技术水平要求较高，而三维激光扫描技术具有良好的应用价值，在隧道检测中的应用，通过数据采集、数据处理及建模分析，切实保证隧道检测精准度，为隧道工程建设提供可靠的信息支持。未来一段时间内，三维激光扫描技术将拥有更为广阔的发展空间，推进整个社会的稳定持续发展。
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论文作者:杨新华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/11
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