新疆測繪儀器之給隧道做“體檢”，激光掃描當(dāng)“醫(yī)師”

截止2020年底，我國鐵路和地鐵運(yùn)營隧道總長已超過25000公里。因地質(zhì)條件、自然災(zāi)害、施工質(zhì)量、周邊施工等復(fù)雜原因，容易產(chǎn)生襯砌剝落、滲漏、管片變形、設(shè)備侵限等常見病害。若未及時發(fā)現(xiàn)并盡早治理，將威脅列車行車安全并大幅增加整治費(fèi)用，嚴(yán)重時甚至?xí)斐勺矒袅熊嚒⒕植刻⒅袛噙\(yùn)行等災(zāi)難后果。

特別是，隨著線路里程增加、運(yùn)營時間延長和檢修天窗壓縮，傳統(tǒng)巡檢測量存在成果單一、效率低下等瓶頸，難以滿足“全覆蓋、全要素、高精度、高效率”的隧道檢測需求。

那要怎么辦？來套移動激光掃描系統(tǒng)！

移動激光掃描系統(tǒng)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(jié)構(gòu)變形、內(nèi)壁影像、限界輪廓、調(diào)繪報表等，已廣泛應(yīng)用于隧道的建設(shè)、運(yùn)營及改建。
那么，該系統(tǒng)的檢測原理如何？檢測過程是怎樣的？真的有這么牛嗎？到底有什么優(yōu)勢呢？

“體檢”原理

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

Z+F 9012激光斷面儀集成的軌道移動激光掃描系統(tǒng)無疑較依靠于全站儀的傳統(tǒng)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(biāo)定精度、豎直視場角、連續(xù)作業(yè)時間、文件讀取耗時等方面，它也更具優(yōu)勢。

Z+F 9012移動激光掃描系統(tǒng)還具備以下特點(diǎn)：

1、轉(zhuǎn)速高（200r/s） 
高速掃描時線間隔小，影像分辨率更高。

2、測距精度高(標(biāo)稱±1mm）

測距常數(shù)差經(jīng)嚴(yán)格標(biāo)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(jī)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(diào)繪識別”處理，可獲得輪廓、內(nèi)壁影像、調(diào)繪報告、行車限界等成果。進(jìn)一步采用數(shù)字微分糾正、超分辨率成像、計算機(jī)視覺算法處理后，可實(shí)現(xiàn)AI輔助病害識別和VR漫游視頻，實(shí)現(xiàn)對隧道結(jié)構(gòu)的 “CT體檢”。

“體檢”過程

1、數(shù)據(jù)采集

設(shè)備安裝完畢并調(diào)整好掃描姿態(tài)后，采用同濟(jì)大學(xué)研制的“隧道激光掃描采集與處理軟件”（簡稱Tlsd軟件），根據(jù)項(xiàng)目要求設(shè)置掃描作業(yè)參數(shù)，連接掃描儀開始作業(yè)。Tlsd軟件專門為隧道作業(yè)設(shè)計，具有檢測車作業(yè)速度多檔可調(diào)，激光掃描儀的連接控制、斷面加載等功能，可以提高現(xiàn)場采集的便利性、可靠性和后處理效率。

項(xiàng)目信息和掃描參數(shù)設(shè)置

現(xiàn)場作業(yè)儀器設(shè)置

2、數(shù)據(jù)處理

采集好數(shù)據(jù)，接下來就要進(jìn)行分析計算。參照《鐵路橋隧建筑物劣化評定標(biāo)準(zhǔn)》（Q/CR 405.2-2019）、《盾構(gòu)法隧道施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50446-2017）等規(guī)范，選擇解算模型和計算參數(shù)，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(shù)等，即可生成隧道三維點(diǎn)云、綜合限界和成果報表。

適用隧道斷面類型

預(yù)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、行車限界、接觸網(wǎng)導(dǎo)高與拉出值、拱頂凈高）

盾構(gòu)管片變形CAD圖
（直徑收斂、橢圓度、環(huán)間錯臺、管片錯臺）

盾構(gòu)隧道測量成果報表

3、影像調(diào)繪

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

地鐵隧道內(nèi)壁正射投影影像（2mm/像素）

AI輔助識別管片、線纜、接觸網(wǎng)

高鐵隧道病害調(diào)繪

影像調(diào)繪報表樣例

4、結(jié)果分析

可以對隧道變形和病害的數(shù)量、分級、類型、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)行專題統(tǒng)計，綜合形成速報或?qū)ｎ}報告。

管片變形、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、綜合限界

影像調(diào)繪成果統(tǒng)計、分級和報表

優(yōu)勢分析

一句話總結(jié)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

無需照明和觀測瞄準(zhǔn)，無人工觀測誤差。一次作業(yè)能夠獲得隧道斷面、收斂（錯臺）變形、影像調(diào)繪、接觸網(wǎng)幾何參數(shù)、綜合限界、漫游視頻等豐富成果數(shù)據(jù)。

2、高效率

作業(yè)班組2-3人，外業(yè)采集速度約10km每個窗口期（4小時），數(shù)據(jù)處理和提交報告1個工作日，如需人工驗(yàn)證和調(diào)繪，2-6km每天。測量精度±2mm，能夠滿足定期監(jiān)測、病害普查需求。

3、全過程

建設(shè)期，可用于限界檢測、竣工驗(yàn)收；運(yùn)營期，可用于定期監(jiān)測、保護(hù)區(qū)監(jiān)測、病害普查；改建加固，可用于數(shù)字化勘測、病害普查、鋼管片預(yù)制。