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(nèi)外發(fā)展現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)隧道變形的情況，這是由于隧道內(nèi)的壓力值產(chǎn)生差異，從而使得四周構造的位置發(fā)生移動，也會改變外部土質(zhì)的變化。這種情況可能會導致整個建筑發(fā)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(zhì)量水平，必須使用先進的掃描儀器進行分析勘測，現(xiàn)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(nèi)外發(fā)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(xiàn)在精確率、高效率以及清晰化這三方面，現(xiàn)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(fā)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(qū)附近的詳細情況，進一步操控了災區(qū)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(fā)生的車禍事件，該項技術可以盡快收集有關的證據(jù)以及事故發(fā)生時的現(xiàn)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(xiàn)出來的地質(zhì)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(fā)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(tǒng)（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(xiàn)代化高科技的更快發(fā)展。還有FrancioniM等運用三維激光掃描技術和常規(guī)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(jù)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(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)技術，為互聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)，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(qū)的建筑中。

1.2 三維激光技術在國內(nèi)的概況

我國雖然對三維激光技術發(fā)現(xiàn)的較晚，但是發(fā)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(shù)據(jù)，比如高度、直徑以及表面積等數(shù)據(jù)采集，并且仔細分析研究了森林的實用性和開發(fā)價值，為三維激光技術運用于林業(yè)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(fā)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(jiān)管工作，避免出現(xiàn)事故。地質(zhì)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(fā)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(shù)據(jù)獲取階段進行運用

將三維激光掃描技術運用在獲取數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的準確性，在站點附近還應設立一個數(shù)據(jù)掃描控制區(qū)。這些區(qū)域的設定，主要是便于導航系統(tǒng)實時掌控數(shù)據(jù)方位。既準確測量了建筑物的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，從而保證工程的安全性，提升質(zhì)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)記錄進入系統(tǒng)后，可以把沒有聯(lián)系的數(shù)據(jù)刪除，減少對隧道工程的影響。等到隧道數(shù)據(jù)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(xiàn)在采用三維激光掃描技術的工程數(shù)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(xiàn)問題，更嚴重會導致數(shù)據(jù)出現(xiàn)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(shù)據(jù)的分析處理問題，聯(lián)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(shù)據(jù)之間的長度以及距離問題，確保隧道監(jiān)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(shù)據(jù)的變換情況，促進隧道檢測工作的順利進行。一旦隧道內(nèi)的坐標位置發(fā)生改變以后，需要聯(lián)系實際工程情況，處理好每項數(shù)據(jù)的配對工作，從而提升此項操作的規(guī)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(shù)據(jù)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(wěn)。同時也要計算好數(shù)據(jù)分析，結合實際情況處理，并且及時將數(shù)據(jù)以及三維模型導入進系統(tǒng)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(shù)據(jù)能否符合要求，盡快分析產(chǎn)生數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)之間的偏差，增加自身的專業(yè)技術能力，確保施工現(xiàn)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(diào)整?；谌S激光掃描技術的高效率運行，在隧道施工檢測中能夠?qū)⒃茢?shù)據(jù)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(fā)生突發(fā)情況無法應對。同時提高了隧道施工的穩(wěn)定性及安全性，也表現(xiàn)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(chǎn)生，比如色譜問題，不同環(huán)境下三維激光掃描的情況是不同的，如果根據(jù)色譜的分析圖進行仔細高效的研究，并且依據(jù)得出的結論計算出與實際情況產(chǎn)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(shù)據(jù)的收集工作，必須要展開合理規(guī)范的隧道建立模型分析，確保隧道檢測的穩(wěn)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(shù)據(jù)，可以通過曲面的形式在圖中完整體現(xiàn)出來、并且將此項分析結果作為基本根據(jù)，開始建立三維模型。建造模型的過程中，將工程現(xiàn)如今的實際情況聯(lián)系在一起，選擇合適的數(shù)據(jù)支持，通過Cyclone軟件的協(xié)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(shù)據(jù)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(jīng)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(shù)據(jù)收集以及信息分析工作，既可以提高數(shù)據(jù)測量工作中的準確性，又能夠完整利用云數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行研究分析，同時也可以與其他方面進行對比，從而發(fā)現(xiàn)更多隧道施工過程中發(fā)生的問題。

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