文少忠 羅素華

摘 要：以三維激光掃描技術(shù)為研究背景，在分析三維激光技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，詳細(xì)的分析探討了隧道工程檢測(cè)中三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)。希望論述后，可以給相關(guān)工作人士提供參考。

關(guān)鍵詞：三維激光;掃描技術(shù);隧道檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：U456.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

一般情況下，挖掘隧道該項(xiàng)工程進(jìn)行之前都得仔細(xì)勘測(cè)本地的水源情況，并且需要與鄰近建筑體現(xiàn)出來(lái)的特征相融合，才得以計(jì)劃下一步的工程實(shí)施。與此同時(shí)，施工過(guò)程中還會(huì)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(gòu)造的位置發(fā)生移動(dòng)，也會(huì)改變外部土質(zhì)的變化。這種情況可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)建筑發(fā)生位移，無(wú)法順利進(jìn)行施工，所以須得確保工程的安全性。隧道挖掘過(guò)程中，如果要提高質(zhì)量水平，必須使用先進(jìn)的掃描儀器進(jìn)行分析勘測(cè)，現(xiàn)如今應(yīng)用最廣泛的便是三維激光掃描技術(shù)。

1 三維激光技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展分析

1.1 國(guó)外分析

三維激光掃描技術(shù)是一種新興的勘測(cè)技術(shù)，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(yùn)用于各國(guó)家建筑工程，比如勘測(cè)地震，或者是維護(hù)公路、管道和文物。之前發(fā)生于日本的地震事件影響強(qiáng)烈，進(jìn)而引起了相關(guān)部門(mén)的極大重視，因此便是采取了三維激光技術(shù)進(jìn)行掃描，便于清楚得知震區(qū)附近的詳細(xì)情況，進(jìn)一步操控了災(zāi)區(qū)車(chē)輛的具體情況。

不僅如此，英國(guó)相關(guān)部門(mén)也曾花費(fèi)巨大投入道路三維技術(shù)的使用，對(duì)于高速上發(fā)生的車(chē)禍?zhǔn)录?，該?xiàng)技術(shù)可以盡快收集有關(guān)的證據(jù)以及事故發(fā)生時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)圖，這可以為案件勘察提供重大線索，縮短了案件處理的時(shí)間。

荷蘭工程學(xué)院的教授對(duì)于建筑中較為完整的基礎(chǔ)構(gòu)造、抑或是可以清楚展現(xiàn)出來(lái)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行掃描識(shí)別技術(shù)，但是還需要處理一些施工過(guò)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(shù)與街道測(cè)繪系統(tǒng)（Mobile Mapping System，MMS）技術(shù)結(jié)合在一起，便于高效率觀察城市的情況，保證整個(gè)城市的安全，促進(jìn)了現(xiàn)代化高科技的更快發(fā)展。還有FrancioniM等運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)和常規(guī)技術(shù)相結(jié)合，可以較為準(zhǔn)確估量采石場(chǎng)的安全性，同時(shí)具備了完整的測(cè)量分析性能。

比利時(shí)的SchueremansL等利用三維激光技術(shù)得知了其國(guó)家教堂的基本結(jié)構(gòu)，并且根據(jù)此次測(cè)量建造了三維模型，用于檢測(cè)建筑的安全性，同時(shí)詳細(xì)解剖了其中一部分的構(gòu)造，完成了該教堂的保存性能，影響深遠(yuǎn)。

約旦的Sharaf等對(duì)于沙漠宮殿的結(jié)構(gòu)以及如何形成進(jìn)行了仔細(xì)研究，并且結(jié)合網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)技術(shù)，為互聯(lián)網(wǎng)飛速運(yùn)行提供了基本保障。

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

俄羅斯的AndreyV.Leonov等針對(duì)國(guó)家的無(wú)線電塔進(jìn)行了信息修復(fù)工作，建立了完整的三維模型。

土耳其CumhurSahin等對(duì)伊斯坦布爾的廣場(chǎng)建立了完整的三維模型進(jìn)行三維建模，借助其他輔助工具還原了模型結(jié)構(gòu)，之后也運(yùn)用于其他地區(qū)的建筑中。

1.2 三維激光技術(shù)在國(guó)內(nèi)的概況

我國(guó)雖然對(duì)三維激光技術(shù)發(fā)現(xiàn)的較晚，但是發(fā)展的卻很快，在技術(shù)方面甚至遠(yuǎn)超其他國(guó)家。三維技術(shù)可以實(shí)時(shí)分析森林中樹(shù)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(xì)分析研究了森林的實(shí)用性和開(kāi)發(fā)價(jià)值，為三維激光技術(shù)運(yùn)用于林業(yè)工程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。四川省安全科學(xué)技術(shù)研究院的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)第一次在建筑安全工程中運(yùn)用了三維激光技術(shù)，比如開(kāi)采中，需要按時(shí)建立三維模型，便于檢測(cè)安全情況，對(duì)于危險(xiǎn)的化工品制造過(guò)程中，將三維激光技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)結(jié)合在一起，初次完成了化工領(lǐng)域安全問(wèn)題的及時(shí)監(jiān)管工作，避免出現(xiàn)事故。地質(zhì)工程勘測(cè)過(guò)程中，成都理工大學(xué)對(duì)于三維激光掃描技術(shù)的運(yùn)用有很大的進(jìn)步，比如在銀屏水電站的開(kāi)發(fā)工作中，便是采用了三維激光技術(shù)，并且效果顯著。

2 基于三維激光掃描技術(shù)的隧道檢測(cè)技術(shù)

2.1 在數(shù)據(jù)獲取階段進(jìn)行運(yùn)用

將三維激光掃描技術(shù)運(yùn)用在獲取數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)中，便是在工程開(kāi)始的時(shí)候，在每個(gè)站點(diǎn)設(shè)立使用掃描技術(shù)。獲取數(shù)據(jù)階段開(kāi)始過(guò)程中，要及時(shí)定位每個(gè)站點(diǎn)的具體位置，為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在站點(diǎn)附近還應(yīng)設(shè)立一個(gè)數(shù)據(jù)掃描控制區(qū)。這些區(qū)域的設(shè)定，主要是便于導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌控?cái)?shù)據(jù)方位。既準(zhǔn)確測(cè)量了建筑物的數(shù)據(jù)，又運(yùn)用了科學(xué)合理的技術(shù)操作。三維掃描技術(shù)最主要的作用便是詳細(xì)分析研究隧道施工時(shí)的數(shù)據(jù)，從而保證工程的安全性，提升質(zhì)量以及價(jià)值。與此同時(shí)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(yīng)用

針對(duì)三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于隧道檢測(cè)工程中，可以借助排除噪音、多方位觀察、改變地理坐標(biāo)等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，進(jìn)而為隧道檢測(cè)工程提供保障。通過(guò)三維激光掃描技術(shù)的操作，隧道工程實(shí)際工作過(guò)程變得嚴(yán)格，在數(shù)據(jù)記錄進(jìn)入系統(tǒng)后，可以把沒(méi)有聯(lián)系的數(shù)據(jù)刪除，減少對(duì)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(jìn)的科學(xué)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析，保證最大可能的準(zhǔn)確性以及真實(shí)度。因?yàn)楝F(xiàn)在采用三維激光掃描技術(shù)的工程數(shù)量較多，如果操作不精確，那么便會(huì)直接造成建筑的施工出現(xiàn)問(wèn)題，更嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。所以在三維激光掃描技術(shù)使用過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)密關(guān)注數(shù)據(jù)的分析處理問(wèn)題，聯(lián)合基本結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)要求，使用最合理的方式進(jìn)行精簡(jiǎn)，把握好每個(gè)數(shù)據(jù)之間的長(zhǎng)度以及距離問(wèn)題，確保隧道監(jiān)測(cè)工作的完整運(yùn)行。由于在隧道檢測(cè)過(guò)程中，三維激光掃描技術(shù)仍會(huì)存在或多或少的誤差，因此必須要確定每個(gè)坐標(biāo)的零點(diǎn)位置，基本要求零點(diǎn)坐標(biāo)都是中心點(diǎn)，然后將零點(diǎn)坐標(biāo)為中心，依序確定相應(yīng)的其他坐標(biāo)位置，考慮到隧道的實(shí)際情況以及基本要求，須得時(shí)刻檢測(cè)數(shù)據(jù)的變換情況，促進(jìn)隧道檢測(cè)工作的順利進(jìn)行。一旦隧道內(nèi)的坐標(biāo)位置發(fā)生改變以后，需要聯(lián)系實(shí)際工程情況，處理好每項(xiàng)數(shù)據(jù)的配對(duì)工作，從而提升此項(xiàng)操作的規(guī)范性。因?yàn)樗淼罊z測(cè)工作嚴(yán)密且復(fù)雜，所以也給實(shí)際操作帶來(lái)了很大的難度，所以采用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行隧道檢測(cè)時(shí)，必須要掌控好掃描的精準(zhǔn)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(zhǔn)確，從而完成最終的檢測(cè)目標(biāo)。

2.3 點(diǎn)云檢測(cè)

隧道檢測(cè)過(guò)程中，如果前期的準(zhǔn)備工作以及坐標(biāo)站點(diǎn)的位置劃分準(zhǔn)確后，還需要相應(yīng)的站臺(tái)以及機(jī)器，接下來(lái)便可以采用三維激光技術(shù)進(jìn)行操作。每一個(gè)坐標(biāo)站點(diǎn)都需要掃描時(shí)間在四分鐘以上才可以確保準(zhǔn)確度。一般情況下來(lái)說(shuō)，隧道工程建造時(shí)，還需要設(shè)立相應(yīng)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(guò)多也會(huì)造成隧道檢測(cè)工作效果不理想，這時(shí)候便需要合理的計(jì)算與估計(jì)，布置最合適的承重柱以便于隧道的平穩(wěn)。同時(shí)也要計(jì)算好數(shù)據(jù)分析，結(jié)合實(shí)際情況處理，并且及時(shí)將數(shù)據(jù)以及三維模型導(dǎo)入進(jìn)系統(tǒng)中。結(jié)合隧道檢測(cè)工作的完整性來(lái)說(shuō)，這一操作主要是為了檢驗(yàn)施工過(guò)程中的各項(xiàng)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(shí)采取一系列相應(yīng)的應(yīng)對(duì)舉措，及時(shí)彌補(bǔ)錯(cuò)偏差，確保工程順利運(yùn)行。相關(guān)工作人員也應(yīng)該直接控制數(shù)據(jù)之間的偏差，增加自身的專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力，確保施工現(xiàn)場(chǎng)各種情況都準(zhǔn)確無(wú)誤，對(duì)于初期的施工方案也要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。基于三維激光掃描技術(shù)的高效率運(yùn)行，在隧道施工檢測(cè)中能夠?qū)⒃茢?shù)據(jù)分析出來(lái)的模型與三維激光掃描的模型進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合實(shí)際情況嚴(yán)格分析二者的不同之處，便于查缺補(bǔ)漏，從中選擇最適用于隧道施工的方案，以防工程實(shí)際操作時(shí)發(fā)生突發(fā)情況無(wú)法應(yīng)對(duì)。同時(shí)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(shù)的高效率操作。

從理論上分析，采用三維激光掃描技術(shù)時(shí)也可能有其他問(wèn)題產(chǎn)生，比如色譜問(wèn)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(jìn)行仔細(xì)高效的研究，并且依據(jù)得出的結(jié)論計(jì)算出與實(shí)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(jié)果。

2.4 隧道建模分析

運(yùn)用三維激光掃描技術(shù)進(jìn)行隧道檢測(cè)時(shí)，對(duì)于隧道數(shù)據(jù)的收集工作，必須要展開(kāi)合理規(guī)范的隧道建立模型分析，確保隧道檢測(cè)的穩(wěn)定性以及精確度。換句話(huà)說(shuō)，就是在隧道檢測(cè)的實(shí)際操作中，三維激光掃描儀掃描出來(lái)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可以通過(guò)曲面的形式在圖中完整體現(xiàn)出來(lái)、并且將此項(xiàng)分析結(jié)果作為基本根據(jù)，開(kāi)始建立三維模型。建造模型的過(guò)程中，將工程現(xiàn)如今的實(shí)際情況聯(lián)系在一起，選擇合適的數(shù)據(jù)支持，通過(guò)Cyclone軟件的協(xié)助，對(duì)隧道檢測(cè)工作進(jìn)行排除噪音、切割以及拼接相應(yīng)設(shè)備的工作，然后建造三維模型，最終獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)報(bào)告，使得隧道工程操作更加精準(zhǔn)，同時(shí)也對(duì)于以后的工作提供了完整的操作經(jīng)驗(yàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隧道檢測(cè)工作中合理運(yùn)用三維激光技術(shù)，進(jìn)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(cè)量工作中的準(zhǔn)確性，又能夠完整利用云數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，構(gòu)建三維模型。隧道工程檢測(cè)過(guò)程必須要真實(shí)并且安全，這樣才可以對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，同時(shí)也可以與其他方面進(jìn)行對(duì)比，從而發(fā)現(xiàn)更多隧道施工過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題。

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