三维激光扫描技术在公路隧道检测中的应用

三维激光扫描技术在公路隧道检测中的
应用
摘要：在公路工程建设中，隧道质量检测是一个非常重要的工作。

因此，建
立一套有效的隧道检测方法，能够极大地推动隧道的发展。

随着时间的推移，公
路隧道检测方法也在逐步完善。

近年来，三维激光扫描技术正逐步用于公路隧道
的探测，并已获得良好的探测结果。

基于此，文章首先阐述三维激光扫描技术，
进而重点探究在公路隧道检测中三维激光扫描技术的具体应用。

关键词：三维激光扫描技术；公路隧道；检测
三维激光扫描仪打破了传统的单个点进行检测，在高效和高精度方面具有明
显的优越性。

对于溶洞等地下地貌，常规的测量方法都不能完全、精确地获得，
而无人机、RKT等在地下没有GNSS的情况下，也不能获得地表地貌；而利用全站
仪检测，速度缓慢，测点数量少，不能真实反映出溶洞的整体地貌。

为此，通过
利用便携式激光扫描器，在公路隧道路段对溶腔进行三维扫描，获得了溶腔的全
局三维激光点云。

1.三维激光扫描技术概述
1.1三维激光扫描仪
三维激光扫描仪由电源、电源、计算机、激光扫描仪、支架以及与系统相匹
配的软件组成。

三维激光扫描器是一种非常关键组成部分，主要是由时间计数器、激光器、微机和软件等组成。

目前，三维激光扫描技术在测绘中占有举足轻重的
地位。

三维激光扫描一般都具有专业和高效的优点，可以将影像打印得更清楚，
使用它拍摄照片时，可以显示出更多的细节，还可以显示出全貌。

三维激光扫描
器还可以通过其自己的自动系统来处理和加工所拍摄到的图像，从而避免了常规
相机的调试过程，并且其适用范围非常广，可以用于隧道、滑坡、矿山等不同的
地区。

1.2三维激光扫描技术原理
目前，三维激光扫描仪、辅助装置和软件操纵装置构成了一项新的信息采集
技术，这是一种新型的信息采集技术。

而三维激光扫描又被称为“激光距离测量器”，它的工作原理是通过对光线
的折射来实现的。

三维扫描技术能够自主发出信号，输出的信号经过转换后再被
转换成新的信号并进行反射，在此过程中，将扫描点与平面之间的斜距离以及与
扫描点之间的正交相对应，从而形成一个三维地图。

随着三维激光扫描技术在公
路隧道工程中的广泛使用，人们对其特性的认识也日益加深。

1.2.1扫描密度高
在数据采集方面，采用三维激光扫描技术，可以任意设定采样点，通过对被
测对象的扫描，从而获得各种精度的测量结果。

从中能够看出，三维激光扫描技
术具有扫描间隔小且时间长等优点。

在公路隧道工程中，由于施工环境比较苛刻，存在着很多人工难以实现的工作，采用三维激光扫描技术，可以很容易地实现。

因此，利用三维激光扫描技术，能够实现对隧道的无接触快速恢复。

1.2.2获得点云数据速度快
在隧道探测工作中，需要采集海量数据，为推动隧道建设，需要高效、快速
地采集数据，而三维激光探测技术能够实现一秒钟上千个、十几万个点的探测。

采用三维激光扫描技术，可以进行大面积的扫描，只需要数秒，就能获得整个隧
道的信息，从而大大提升了隧道探测工作的质量和效率。

2.三维激光扫描技术在公路隧道检测中的应用
2.1应用于隧道数据采集
（1）按照随身携带的特殊条件，确定扫描站点的数量和地点，尽可能地选
择清晰的位置，通过果篮法测定了隧道中的北面，并测定它与扫描器Y周正的角度，从而确定三维激光扫描器的基点。

此外，在选择扫描基点的时候，要注意尽
可能地选择比较平坦的区域，进而确保三脚架的台面水平，使用全站仪测出基点的三维坐标并进行记录。

（2）关于控制测量工作从平面控制测量与高程控制测量两个方面展开，在完成测量工作之后进行平差计算，得到比较精准的靶标点位。

（3）将三脚架置于预先设定好的基准位置，并按下制动按钮，调整三脚架与精扫描机座下的圆形水平线，进一步确保主机的水平。

通过打开电源，插上网线，来调整网络端口的参数。

（4）打开扫描软件，将扫描仪的光亮和扫描仪的准确度进行设定，然后确定扫描软件的角度和距离，就能采集数据。

（5）在完成所有的信息获取和收集后，将目标的位置记录下来。

图1三维激光扫描仪获取数据的具体流程图
2.2应用于隧道数据处理
利用三维激光扫描获取的巷道数据是点云数据，在点云数据的处理方面，有导入、去噪、多视图对齐、数据精简、坐标变换等。

在完成导入工作后，去除噪音就是去除点云中与被扫描物体无关的部分。

而造成这种情况的原因，则是因为在扫描时受到了某些不可控制的因素的影响，因此在采集完毕后，必须将那些不相干的数据清除掉。

多视对齐技术用于点云的对齐和拼接，但在实际应用中，因被测物体的尺寸和周围环境的复杂性，无法一次获取全部所需的信息，导致多视点对齐时，必须采用不同角度和位置的重复方式。

为获得更为逼真的结果，在对点云数据进行去噪、多视角对齐后，还要对点云数据进行着色和渲染，以使其更好地体现出巷道的状况。

在对点云数据进行了着色和渲染后，开始对点云数据进
行了简化。

但点云数据数量庞大，在保证高精度的前提下，必须对其进行精简，
一般常用的精简方式为：平均精简→在未处理的点云数据中每n个点中保留1个
→按照一定距离精简→完成精简之后，其中点与点之间的距离全部应该大于某一
个固定值。

对于坐标的转换，在使用三维激光扫描仪获取数据的时候，通常是以默认的
中心点位置为坐标零点，其与三维激光扫描仪所处的扫描基点相关，是相对坐标，所以在现实中，需要将扫描到的坐标转化到实际的隧道检测之中，为以后的建模
提供相对的数据。

在点云匹配和拼接方面，将点云从多个坐标系统转换为大的坐
标系统，而在实际的扫描中，因巷道环境的复杂性，很难获得整条巷道的完整点云。

所以，我们必须要对这些通道进行多轮的扫描，然后用缝合技术，将这些通
道的点云全部补全。

有一点很重要，那就是两张图片的交叠要占到全部图片的
1/5或者更多。

2.3应用于识别隧道结构面
在隧道岩体结构的研究中，构造面往往是隧道岩体结构的重要组成部分，而
且构造面往往表现出其在平面上的无限延展性等结构性特征。

结构面的相关参数
主要包括了密度、面积、结构等内容。

因此，在对隧道的稳定性进行评估，或者
是对其掌子面岩体结构进行检测的时候，首先应该对结构面的相关数据展开分析
与检测。

在隧洞中，对结构面缝隙的检测是最常用的检测资料，而检测时，常用
的仪器主要有卷尺和指南针。

目前，三维激光扫描仪技术已完全取代罗盘。

但是，因为三维激光扫描技术的检测也存在着一些限制，它只能检测到高密度的岩石，
而且这些结构面必须要暴露在地面上，之后，三维激光检测技术才可以利用暴露
出来的一些三维点来获得所需的岩体监测数据。

因此，在对公路隧道进行检测时，应该遵循“因地制宜”的原则，将三维激光扫描技术的优势发挥出来，从而得到
更加精确的检测数据，并将其运用到公路隧道的实际建设中去。

结论
综上所述，三维激光扫描技术是近年来发展起来的一项新技术，它具有高精度、高立体等优点，具有很高的自动化程度。

利用三维激光扫描技术，可以在很
短的时间内得到三维空间图像。

目前，三维激光扫描技术被应用的领域越来越广泛，在公路隧道工程施工中，采用三维激光扫描技术，可以有效地解决常规施工方法存在的问题，从而使施工现场的施工质量得到极大地改善。

由于国内的三维激光扫描技术存在着起步晚的特点，因此在未来的工作中应该加大对三维激光扫描技术的改进力度。

此外，还应该将三维激光扫描技术应用于公路隧道的检查，进一步推动公路隧道检查的发展。

参考文献
[1]李青松.三维激光扫描技术在公路隧道检测中的应用[J].居
业,2021(9):76-77,79.
[2]孟斌,吴廷,张天.三维激光扫描技术在公路隧道检测中的应用[J].矿山测量,2019,47(4):108-112.
[3]陆宽.三维激光扫描技术在隧道断面检测中的应用研究[J].甘肃科技纵横,2022,51(8):55-58.。