新疆測繪儀器之給隧道做“體檢”，激光掃描當“醫師”

截止2020年底，我國鐵路和地鐵運營(yíng)隧道總長(cháng)已超過(guò)25000公里。因地質(zhì)條件、自然災害、施工質(zhì)量、周邊施工等復雜原因，容易產(chǎn)生襯砌剝落、滲漏、管片變形、設備侵限等常見(jiàn)病害。若未及時(shí)發(fā)現并盡早治理，將威脅列車(chē)行車(chē)安全并大幅增加整治費用，嚴重時(shí)甚至會(huì )造成撞擊列車(chē)、局部坍塌、中斷運行等災難后果。

特別是，隨著(zhù)線(xiàn)路里程增加、運營(yíng)時(shí)間延長(cháng)和檢修天窗壓縮，傳統巡檢測量存在成果單一、效率低下等瓶頸，難以滿(mǎn)足“全覆蓋、全要素、高精度、高效率”的隧道檢測需求。

那要怎么辦？來(lái)套移動(dòng)激光掃描系統！

移動(dòng)激光掃描系統具有采集效率高（3-10km/h）、信息豐富（測量+影像）、毫米級測量精度等優(yōu)勢，可獲取結構變形、內壁影像、限界輪廓、調繪報表等，已廣泛應用于隧道的建設、運營(yíng)及改建。
那么，該系統的檢測原理如何？檢測過(guò)程是怎樣的？真的有這么牛嗎？到底有什么優(yōu)勢呢？

“體檢”原理

軌道移動(dòng)激光掃描系統包含一輛電動(dòng)檢測車(chē)，一臺Z+F 9012激光斷面儀和一臺控制平板電腦，能夠自動(dòng)采集沿線(xiàn)高密度、高精度的激光點(diǎn)云。

Z+F 9012激光斷面儀集成的軌道移動(dòng)激光掃描系統無(wú)疑較依靠于全站儀的傳統檢測方式智能許多。與架站式三維激光掃描儀的作業(yè)方式相比，在影像分辨率、影像對比度、標定精度、豎直視場(chǎng)角、連續作業(yè)時(shí)間、文件讀取耗時(shí)等方面，它也更具優(yōu)勢。

Z+F 9012移動(dòng)激光掃描系統還具備以下特點(diǎn)：

1、轉速高（200r/s） 
高速掃描時(shí)線(xiàn)間隔小，影像分辨率更高。

2、測距精度高(標稱(chēng)±1mm）

測距常數差經(jīng)嚴格標定。

3、影像灰度對比度好

軟件優(yōu)化處理后可媲美單反相機影像。

在Z+F 9012激光斷面儀采集完成后，經(jīng)“里程糾正、正射投影、斷面解算、調繪識別”處理，可獲得輪廓、內壁影像、調繪報告、行車(chē)限界等成果。進(jìn)一步采用數字微分糾正、超分辨率成像、計算機視覺(jué)算法處理后，可實(shí)現AI輔助病害識別和VR漫游視頻，實(shí)現對隧道結構的 “CT體檢”。

“體檢”過(guò)程

1、數據采集

設備安裝完畢并調整好掃描姿態(tài)后，采用同濟大學(xué)研制的“隧道激光掃描采集與處理軟件”（簡(jiǎn)稱(chēng)Tlsd軟件），根據項目要求設置掃描作業(yè)參數，連接掃描儀開(kāi)始作業(yè)。Tlsd軟件專(zhuān)門(mén)為隧道作業(yè)設計，具有檢測車(chē)作業(yè)速度多檔可調，激光掃描儀的連接控制、斷面加載等功能，可以提高現場(chǎng)采集的便利性、可靠性和后處理效率。

項目信息和掃描參數設置

現場(chǎng)作業(yè)儀器設置

2、數據處理

采集好數據，接下來(lái)就要進(jìn)行分析計算。參照《鐵路橋隧建筑物劣化評定標準》（Q/CR 405.2-2019）、《盾構法隧道施工及驗收規范》（GB 50446-2017）等規范，選擇解算模型和計算參數，剔除遮擋及噪聲點(diǎn)，解算直徑收斂、橢圓度、管片錯臺、接觸網(wǎng)幾何參數等，即可生成隧道三維點(diǎn)云、綜合限界和成果報表。

適用隧道斷面類(lèi)型

預覽影像+三維點(diǎn)云+隧道剖面

綜合斷面CAD圖

（直徑收斂、管片錯臺、行車(chē)限界、接觸網(wǎng)導高與拉出值、拱頂凈高）

盾構管片變形CAD圖
（直徑收斂、橢圓度、環(huán)間錯臺、管片錯臺）

盾構隧道測量成果報表

3、影像調繪

在Tlsd軟件中，首先輸入隧道設計斷面線(xiàn)，按等面積投影展開(kāi)并插值生成灰度（或偽彩色影像）。然后，利用調繪功能判讀識別病害（設備）的類(lèi)型、里程、尺寸。最后，按項目需求匯總生成調繪報表。

地鐵隧道內壁正射投影影像（2mm/像素）

AI輔助識別管片、線(xiàn)纜、接觸網(wǎng)

高鐵隧道病害調繪

影像調繪報表樣例

4、結果分析

可以對隧道變形和病害的數量、分級、類(lèi)型、位置及變化情況進(jìn)行分析，對超限變形或重點(diǎn)病害進(jìn)行專(zhuān)題統計，綜合形成速報或專(zhuān)題報告。

管片變形、接觸網(wǎng)幾何參數、綜合限界

影像調繪成果統計、分級和報表

優(yōu)勢分析

一句話(huà)總結優(yōu)勢：更高測量精度，更高質(zhì)量成像，更智能識別病害。

1、全要素

無(wú)需照明和觀(guān)測瞄準，無(wú)人工觀(guān)測誤差。一次作業(yè)能夠獲得隧道斷面、收斂（錯臺）變形、影像調繪、接觸網(wǎng)幾何參數、綜合限界、漫游視頻等豐富成果數據。

2、高效率

作業(yè)班組2-3人，外業(yè)采集速度約10km每個(gè)窗口期（4小時(shí)），數據處理和提交報告1個(gè)工作日，如需人工驗證和調繪，2-6km每天。測量精度±2mm，能夠滿(mǎn)足定期監測、病害普查需求。

3、全過(guò)程

建設期，可用于限界檢測、竣工驗收；運營(yíng)期，可用于定期監測、保護區監測、病害普查；改建加固，可用于數字化勘測、病害普查、鋼管片預制。