徐以厅-天宝PPT——三维激光点云用于隧道自动化检测

三维激光扫描技术在隧道工程中的应用分析摘要：随着科学技术的发展，我国的三维激光扫描技术有了很大进展，并在隧道工程中得到了广泛的应用。

三维激光扫描能够对扫描场景进行高精度还原，三维激光扫描的点云含有位置和属性信息，基于多源传感器获取的地铁隧道点云数据，对其进行深度分析挖掘，可以获取更多有用信息。

本文首先分析激光扫描技术的概念，其次探讨作业流程及数据处理，最后就三维激光扫描技术在隧道工程中的应用进行研究，以供相关工程进行参考。

关键词：三维激光扫描；隧道工程；应用引言三维激光扫描技术的出现使准确、高效获取空间三维信息提供了可能,它能够通过高速旋转的激光头单位时间内发射数十万甚至数百万激光点,进而真实还原三维空间形态,通过对点云信息的深度挖掘,可以准确识别隧道的裂缝、渗漏水及管片错台等病害信息。

移动轨道扫描系统集成了高精度三维扫描仪、高精度激光惯导、GNSS/ INS 组合定位定姿装置、线结构激光测量传感器、控制与存储模块及高清全景相机等多种传感器于一体;借助小车可以在轨道上匀速前进,从而准确获取隧道空间无死角全息点云数据,通过专业后处理软件处理,可准确提取隧道结构中心线、轨面线、断面结构等三维空间状态信息;通过一定的数学运算,可进行隧道结构收敛、椭圆度、旋转、错台等物理变形分析;根据点云反射率信息,借助人工智能算法,可自动或半自动识别隧道裂缝、渗漏水等病害信息并进行标注,从而建立地下隧道的病害数据库,共后期决策部署使用,为线路运营安全预防及调度提供基础数据保障。

1激光扫描技术激光扫描技术作为一种非接触式的主动测量技术，可在天气条件不理想的情况下进行作业。

该技术通过搭载在不同平台上的激光扫描仪通过面状扫描获取目标地物表面的三维坐标信息，以较高数据采集效率获取海量的激光点云数据，通过高密度点云数据建立三角网，生成地物的数字表面模型，同时利用激光扫描仪搭载的相机拍摄影像为点云数据赋色，使得点云数据三维可视化效果更接近于真实场景。

三维激光扫描技术在公路隧道测量中的应用摘要：三维激光扫描技术突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。

针对地下溶腔等地形，传统测量手段均无法完整准确地获取溶腔的位置信息，同时由于地下没有GNSS信号，所以无人机、RTK等测量手段也无法获取地下地形，而采用全站仪测量，工程进度较慢，且测量点数较小，无法真实反应整个溶腔形态。

因此采用背包式激光扫描仪，对在高速公路隧道段出现的溶腔进行三维激光扫描，得到溶腔整体三维激光点云。

基于此，本文章对三维激光扫描技术在公路隧道测量中的应用进行探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：三维激光扫描技术；公路隧道测量；应用引言三维激光扫描技术在实践应用中，具有较强的操作性，能够获得较为精准的测量数据，为工程建设需求提供满足。

该技术在实践应用中，主要就是利用全自动高精度扫描，构建三维坐标，进而还原出三维真实场景，提高了工程测量精准性，对强化工程测量工作水平具有重要作用。

一、三维激光扫描技术三维激光扫描仪的发射信号是一束集束的激光信号，当激光与物体表面接触时，会发生反射现象。

由三维激光扫描技术的原理可知扫描获取的点都带有三维坐标、物体反射率和色彩，与全站仪测量原理基本类似，是由测角、激光测距和辅助系统组成的。

获取点云的坐标系是扫描仪自身的仪器坐标系。

扫描仪的中心位置定义为坐标原点，Z轴垂直于仪器的横向扫描面竖直向上，X、Y轴在坐标系的水平面上，Y轴常是扫描仪的激光发射方向，X轴垂直于YOZ平面向右，构成了右手直角坐标系。

二、三维激光扫描技术的特点1.高效率和高精度：三维激光扫描系统的地面测量可以有效地工作和快速访问被测形状表面的大量点数据，以获得更高的点云扫描数据密度。

在扫描过程中，操作员可以使用软件设置扫描间隔。

在这种情况下，扫掠间隔越短，扫掠曲面所需的时间越长。

扫描仪本身的测量精度决定精度上限。

2.非接触式：三维激光系统扫描地面而不接触被扫描的物体。

这一优势使避免危险区域和保证人身安全成为可能。

三维激光扫描技术应用于地铁隧道竣工测绘的探讨发布时间：2022-12-04T06:56:55.254Z 来源：《城镇建设》2022年15期作者：关文达[导读] 针对地铁隧道竣工测绘，以往采用的都是全站仪、断面仪间隔一段距离进行测量关文达广州市盾建建设有限公司广东广州 511442摘要：针对地铁隧道竣工测绘，以往采用的都是全站仪、断面仪间隔一段距离进行测量，并以若干点描述其断面形状，但因此测量方法局限较大，而且采集速度缓慢、数据量少，所以无法真切反映隧道的实际情况。

不过使用激光扫描仪技术进行竣工测量，因其能快速采集数据信息且自动化水平相对较高，这在很大程度能提升数据采集精度，还能将其速率不断改善，再借助这一技术制定三维影像模型，也能将隧道真实情况呈现在工程人员面前，所以在地铁隧道竣工工程应用较为广泛。

关键词：三维激光扫描??竣工测量??数据处理??精度对比引言：随着社会科技的发展，三维激光扫描技术不断优化、改进，因其精度高、速度快且海量，所以广泛应用到了行业工作之中。

三维激光扫描测量具有硬件稳定性较好的优点，并在很多方面也克服了常规测量方法的弊端，在硬件层面，扫描仪采用的半导体激光器，其不仅方向性好，而且光功率很高，仪器分辨率优良，测量精度能达到工程标准。

针对数据获取，扫描测量获得数据的方式十分快捷，无需接触物体便可获取相应的数据信息，这可防止测量对物体表面造成损害，而检测速率也大大提升。

一、标靶布设在地铁隧道竣工测绘中，运用三维激光扫描技术，需要扫描点云数据，然后再将采集的点云数据拼接起来。

但是由于扫描仪器扫描范围有限，因此还需要通过控制点的设置，扫描点云数据，并且将其录入到指定坐标系当中。

对此可以在相邻测站，布设标靶，通常情况下，主要有球状标靶、平面标靶，其中平面标靶应用效果更佳，这主要是因为平面标靶可以实现对中心坐标的有效测量。

因此针对于每个扫描站点，都需要设置平面标靶，并且最好设置4个，使得平面标靶形成一个不规则四边形，有利于点云拼接精度。

三维激光扫描技术在地铁隧道竣工测量中的应用摘要：隧道断面测量是隧道竣工测量中的一项重要工作，对于隧道施工的精度评价、隧道结构安全监测、验证设计线路符合程度等方面具有重要意义。

传统测量方法受采集手段的限制，存在采集速度慢、采集点数据量少、不能全面反映隧道的真实情况等缺陷。

随着激光扫描仪技术的发展和进步，其在精细三维数据建模方面具有数据精度高、采集速度快的优势，已被逐步应用到工程测量的多个领域。

将激光扫描仪技术应用于隧道竣工测量，能大大提高隧道检测数据的采集速度和精度，并能提供详尽的三维真实影像模型，直观反映隧道内部情况，是隧道检测未来的发展方向。

关键词：激光扫描仪技术；点云；隧道竣工测量引言地铁车站竣工测量是指在地铁土建施工结束后对车站内侧墙面位置、高程和结构尺寸进行测量，并通过与设计数据的比对来分析土建工程的施工质量，形成最终成果，为站后设备安装、装饰装修等工程提供综合分析和利用的准确数据。

传统的车站竣工测量方法主要采用皮尺、测距仪或全站仪测量车站结构的空间尺寸，这类测量方法存在外业工作量大、自动化程度和测量效率较低、信息获取有限、测量成果较为局部和片面等缺点。

三维激光扫描技术具有非接触测量、高分辨率、高精度、高效率、数字化采集、信息丰富等优点，能够快速、全面地获得车站结构表面的三维点云，可生成更为全面、丰富和形象的竣工测量成果，复验车站施工质量(结构和预留孔洞的施工质量以及车站净空)，及时查核或调整装饰装修方案。

此外，还可以根据点云逆向建立车站的BIM模型，还原车站各类结构的真实尺寸与净空，为大型设备安装模拟、管线空间优化与合理布留、管线铺设前全方位碰撞检查、结构变形监测、项目信息管理等应用提供完整、准确的、现实性强的基础资料。

1概述近年来，为了缓解地面道路的交通压力，各大城市都大力发展城市轨道交通。

地铁隧道工程属于百年工程，其各个环节的质量要求都非常严格，地铁隧道竣工测量作为日后地铁后续设备安装、运营维护的基础资料，其测量的准确性和数据的翔实程度至关重要。

基于三维激光扫描的矿山法隧道超欠挖及平整度智能化检测齐成龙（中国铁路设计集团有限公司土建工程设计研究院，天津300308）摘要：为了提高矿山法隧道施工过程中的超欠挖及平整度检测水平，将三维激光扫描与其他信息化手段结合，取得了一定的研究成果。

但是，超欠挖检测主要采用断面法实现，未充分发挥三维技术优势；平整度检测主要通过最大凹凸点到拟合平面的距离进行计算，不符合现行规范的靠尺法要求。

针对上述问题，利用切割、去噪、补全、降采样等算法，进行激光扫描点云预处理；通过聚类及BPA算法，将点云转化为空间三角网；借助三角网格投影及棱柱体体积积分，统计三维超欠挖情况；综合运用k-d树和八叉树算法，模拟靠尺法平整度计算流程，完成三维平整度计算。

在实际工程项目中进行应用验证，最终实现矿山法隧道施工阶段的智能化超欠挖和平整度检测。

关键词：隧道；点云；平整度；超欠挖；靠尺法；k-d树；智能化检测中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1672-061X（2024）02-0099-07 DOI：10.19550/j.issn.1672-061x.2024.01.29.0010 引言由于矿山法隧道在测量及施工过程中会产生误差，需要进行超挖或欠挖检测，以确定净空是否符合要求。

传统的隧道超欠挖检测主要利用断面仪、全站仪等设备，逐点、逐面测量开挖断面，易导致点位离散、采样间隔过大，常发生欠挖或漏测等情况。

同时，尽管我国多项技术标准对隧道初期支护阶段的混凝土表面平整度检测提出了明确规定，但一直采用人工靠尺手动测量，通过计算凹凸点的“矢高-弦长”比值形成平整度检测指标，导致初期支护阶段隧道混凝土表面的平整度检测基本停留在“范围小”“精度低”“速度慢”的状态。

为此，国内外学者将激光扫描与其他信息化手段相结合，开展了一系列超欠挖及平整度检测技术研究。

在超欠挖检测方面，李瑶等［1］通过三维激光扫描采集隧道开挖断面数据，根据断面超欠挖算法计算超欠挖的体积、面积、平均线性值以及每延米超挖、欠挖体基金项目：中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目［N2023G070、N2023G080-A（JB）］作者简介：齐成龙（1986—），男，高级工程师。

三维激光扫描技术在隧道工程中的应用分析辽宁省大连市116113摘要：铁隧道工程测量，常采用全站仪、水准仪等传统测量方法，由于环境差、光线昏暗，严重影响了测量效率和精度，且存在安全隐患。

相比于激光隧道断面仪、隧道限界检测车、摄影测量，三维激光扫描仪能够适应地铁环境，且应用面更广。

三维激光扫描技术具有“形测量”特点，可在阴暗潮湿的环境下自动扫描，无需人工对中、瞄准、跑尺，可快速获得以点云形式表达的空间三维面数据。

近些年大量实验证明了激光扫描在地铁测量的优势，外业作业自动化，使得隧道工程测量的效率得到了较大提升。

基于此，本篇文章对三维激光扫描技术在隧道工程中的应用分析进行研究，以供参考。

关键词:隧道工程；三维激光扫描；监测技术引言三维激光扫描又被称为实景复制技术，在测绘领域是继ＧＰＳ之后又一次技术革命。

三维激光扫描与传统测量方法相比，具有操作简便、自动化程度高、工作效率高、精度高、非接触式等一系列优点。

目前，三维激光扫描技术已经广泛应用于地形测绘、地下工程、高层建筑变形监测、矿山测量、古建筑物测量等领域。

基于三维激光扫描仪获取路面点云数据提取到的道路倾斜、曲率等变形信息与实测水准数据吻合，验证了三维激光扫描技术道路沉陷监测上的可行性。

利用移动式三维扫描以推行扫描方式获取狭长隧道结构点云数据，实现隧道结构变化监测和隧道变化精准监测。

三维激光扫描技术可以对隧道进行状态调查，调查结果可以为后期隧道病害修复提供科学准确的测量数据，具有十分重要的科研价值和现实意义。

１盾构隧道横断面提取原理任意一个里程坐标系下，通过平面法向量截取盾构隧道的平面，并提取任意里程、不同环数的横断面，通过圆柱体与平面相交的空间关系可以发现：①若该平面与圆柱体截交线的点云数据为圆形，则该平面与隧道点云垂直，直接合理设置点到平面的距离并截取任意里程下的隧道点云横断面即可提取隧道横断面；②若该平面与圆柱体截交线的点云数据为非圆形，由Ｄａｎｄｅｌｉｎ双球定理与切线长定理可判断该截交线的点云数据为椭圆形，通过椭圆定理可反推出平面法向量与坐标轴夹角，平移、旋转横断面点云数据即可提取隧道横断面。

三维激光扫描技术在地铁隧道结构中的应用摘要：随着科学技术的发展，我国的三维激光扫描技术有了很大进展，并在地铁隧道结构中得到了广泛的应用。

传统测量方法采用特征点位进行隧道断面监测，存在数据量较少、点位不够全面等缺点，且工作量较大，工作效率低。

目前，三维激光扫描技术是一种新兴测量手段，可获取大量的隧道结构点云数据，具有非接触性、高效性、精确性以及全面性等特征。

基于此，文章分析了三维激光扫描技术基本原理，其次对三维激光扫描技术及其在地铁隧道结构中的应用进行论述，以供参考。

关键词：地铁隧道结构；三维激光扫描；变形问题引言地铁隧道工程测量，常采用全站仪、水准仪等传统测量方法，由于环境差、光线昏暗，严重影响了测量效率和精度，且存在安全隐患。

相比于激光隧道断面仪、隧道限界检测车、摄影测量，三维激光扫描仪能够适应地铁环境，且应用面更广。

三维激光扫描技术具有“形测量”特点，可在阴暗潮湿的环境下自动扫描，无需人工对中、瞄准、跑尺，可快速获得以点云形式表达的空间三维面数据。

近些年大量实验证明了激光扫描在地铁测量的优势，外业作业自动化，使得地铁隧道工程测量的效率得到了较大提升。

1三维激光扫描技术基本原理地面式三维激光扫描系统以自身为原点建立坐标系，通过计算距离及角度信息来确定目标的坐标。

通过激光测距的原理获取被测目标到仪器中心的距离Ｒ，再获取在水平方向及竖直方向上对被测目标的扫描角度，即可求得任意点在坐标系内的坐标值。

可表示为:X=ＲcosβsinαY=Ｒcosαsinβ（1）Z=Ｒsinβ式中，X、Y、Z表示点云的坐标值;Ｒ表示被测距离;α、β表示扫描仪在水平方向及竖直方向上扫描的角度。

2三维激光扫描技术及其在地铁隧道结构中的应用2.1控制测量地面控制通过设计院提供的GNSS控制点对地面进行精密导线网加密，水准通过设计院提供的水准点对地面进行高程控制网加密。

通过联系测量将平面与高程引入地下，作为地下控制网起算依据。

地下控制网与地上控制网同精度进行加密。

如何使用激光雷达进行隧道变形监测隧道变形监测是隧道工程中非常重要的一项任务。

激光雷达作为一种先进的监测技术，被广泛应用于隧道变形监测中。

本文将从激光雷达的原理、技术优势以及使用方法等方面，探讨如何使用激光雷达进行隧道变形监测。

一、激光雷达的原理激光雷达是一种使用激光束扫描环境并测量其反射距离的设备。

其工作原理基于激光束的发射与接收。

激光雷达通过发射激光束，然后利用接收到的反射信号来计算物体与传感器之间的距离。

通过不断改变激光束的方向与角度，激光雷达可以获得环境中各个点的三维坐标信息。

二、激光雷达的技术优势激光雷达在隧道监测中具有许多技术优势。

首先，激光雷达可以实现非接触式测量，不需要直接接触被测物体，避免了施工干扰和风险。

其次，激光雷达具有高精度和高测量频率的特点，能够准确捕捉到细小的变形信息。

此外，激光雷达还具有远距离测量、全天候工作等特点，适用于各种监测场景。

三、激光雷达在隧道变形监测中的应用使用激光雷达进行隧道变形监测需要依靠专业的软件和设备。

首先，需要将激光雷达安装在合适的位置，确保其可以覆盖整个监测区域。

然后，通过激光雷达获取隧道内的三维点云数据，这些数据可以反映隧道内部的形变情况。

接下来，可以利用专业软件对激光雷达采集的数据进行处理和分析，提取出关键的变形信息。

四、激光雷达在隧道变形监测中的优势相比传统的监测方法，激光雷达在隧道变形监测中具有明显的优势。

首先，激光雷达的高精度和高测量频率能够提供更准确的监测数据，便于及时发现隧道变形情况。

其次，激光雷达的非接触式测量方式无需对隧道进行改造或移动传感设备，降低了监测的施工难度和成本。

此外，激光雷达具有自动化和实时性的特点，可以快速获取数据并进行处理，为隧道变形监测提供了便利。

五、激光雷达在隧道变形监测中的挑战尽管激光雷达在隧道变形监测中具有许多优势，但也存在一些挑战。

首先，隧道内的灰尘、烟雾等干扰物可能会影响激光束的传播和反射，导致数据的不准确性。