隧道三维激光扫描系统方案
三维激光扫描技术在既有交通隧道快速检测中的应用
三维激光扫描技术在既有交通隧道快速检测中的应用引言在交通建设领域，隧道是不可避免的基础设施之一。
交通隧道的安全和可靠性与其设计、施工和维护密切相关。
由于隧道环境的封闭性和特殊性，使得隧道内部的安全检查、维护和修复工作毫无疑问是一项具有挑战性的任务。
因此，利用现代测量技术对交通隧道进行快速检测和监测是十分必要和重要的。
三维激光扫描技术是一种高效且可靠的测量方法，具有快速、精确、高效的特点，被广泛应用于隧道中进行快速检测。
本文主要介绍三维激光扫描技术在既有交通隧道快速检测中的应用、技术原理和实际应用案例。
一、三维激光扫描技术在隧道检测中的应用三维激光扫描技术可以非常精确地捕捉物体的三维点云信息，绘制出物体的三维模型，具有非接触式测量、快速测量、高精度等优点。
在既有的交通隧道检测中，三维激光扫描技术能够快速获取到内部结构的三维信息，包括隧道内部的地形、地貌、结构等信息。
同时，这种技术也可以通过比对不同时间的数据，快速检测出隧道结构的变化情况。
具体来讲，三维激光扫描技术可用于以下方面：1.测绘隧道地形利用三维激光扫描技术，可以快速、准确地测量隧道内部的地形。
在测绘隧道地形时，可以设置扫描参数，以获得不同密度的点云数据。
同时，还可以基于点云数据生成高精度的数字地形模型，为隧道检测和维护提供基础数据。
2.检测应力损伤交通隧道长期使用后，由于地质条件和自然力的影响，会导致结构应力损伤、破坏或变形。
使用三维激光扫描技术，可以快速获得隧道内部结构的三维形态数据，与设计模型进行比对，判断隧道内部是否存在结构应力损伤现象。
如果存在，则可以及早采取措施修复和加固，以保障隧道的使用安全和可靠性。
3.检测水位变化隧道内部的水位变化也是影响隧道使用安全的因素之一。
通过三维激光扫描技术获取的三维数据可用于检测隧道内部水位的变化情况。
通过比对不同时间的三维数据，可以快速发现隧道内部水位是否发生变化，及时地采取措施避免安全事故的发生。
三维激光扫描仪在隧道方面应用 ppt课件
质量管理体系培训 软件培训（VXelements、Geomagic、Maya、3Ds Max、 Galaxy_Eye、ZB、PS、AE、VR等）
设备租赁 地面三维激光扫描仪，高精度手持式扫描仪等
三维激光扫描仪在隧道方面 应用
三维激光扫描仪在隧道方面 应用
三维激光扫描仪在隧道方面 应用
耗时（分钟）
300 250
200 150 100
50
0 TMS方法
三维激光测量方法
从4小时到4分钟，极大提高测量效率！
三维激光扫描仪在隧道方面 应用
软件比较
• 复杂隧道表征 • 处理复杂的断面 • 局部断面处理 • 隧道外形的三角网格化 • 基本的体积计算 • 表面积计算 • 喷浆设计 (喷浆模式) • 纵向等高线 • 隧道轮廓线偏离计算 • 标示点云（比如，过挖点云） • 可视化三维隧道 • 根据点云得出断面
三维激光扫描仪在隧道方面 应用
点云数据处理
最基本的功能，多 站拼接，点云附色 ，查看等
意味着市场上所有点
云处理软件都可以处
理Faro三维激光扫描 仪扫描的数据
支持ATSM
格式
主要功能
Webshare 共享
数据共享，使远方的 同事也可以第一时间 看到工作现场
Scene5.0应用流程
原始数据
扫描仪完成扫描 将数据置入Scene5.0
三维激光扫描仪在隧道方面 应用
项目案例
公路项目的验收
三维激光扫描仪在隧道方面 应用
2 个 200mm直径的靶球 3 个三抓支架 1 个等高度的棱镜 高度和直径都经过严格检验
脚架和参考控制点
三维激光扫描仪在隧道方面应用
三维激光扫描仪在隧道方面应用
基于三维激光扫描技术的隧道检测技术研究
实验结果
实验结果
通过对比实验，我们发现采用三维激光扫描技术检测高铁隧道平整度的效果 明显优于传统方法。三维激光扫描技术可以快速准确地获取隧道表面的三维坐标 数据，精度高达毫米级别，而且不需要接触被测物体，不会对隧道表面造成损伤。 相比之下，传统方法效率低下，精度也不高，无法满足现代高铁建设的需求。
应用场景
1、初期验收
1、初期验收
在高铁隧道建设完成后，需要进行初期验收，对隧道的平整度进行检测。采 用三维激光扫描技术，可以对整个隧道进行高精度、高效率的测量，获取隧道表 面的三维坐标数据，再通过专业软件进行处理和后处理，最终得到隧道的平整度 情况。这样可以快速准确地发现问题并进行处理，确保隧道的平整度符合设计要 求。
实验讨论
3、高自动化：三维激光扫描技术结合计算机技术可以实现自动化的数据处理 和模型重建，减少了人为误差和劳动强度。
实验讨论
然而，在实际应用中，三维激光扫描技术仍存在一些不足之处：
实验讨论
1、对环境要求较高：隧道内环境复杂多变，可能会影响三维激光扫描的精度。 因此，需要对环境进行适当控制或采取补偿措施。
谢谢观看
基于三维激光扫描技术的隧道 检测技术研究
01 引言
03 技术原理
目录
02 研究现状 04 实验方法
05 实验结果
07 参考内容
目录
06 实验讨论
引言
引言
随着城市化进程的加快，地下空间的使用越来越广泛，隧道建设数量也逐年 增加。为了保证隧道的安全运行，隧道检测变得越来越重要。传统的隧道检测方 法主要依靠人工巡检和简单的仪器测量，不仅效率低下，而且精度难以保证。近 年来，三维激光扫描技术不断发展，其在隧道检测中的应用也日益广泛。本次演 示旨在探讨基于三维激光扫描技术的隧道检测技术，以期为相关研究提供参考。
三维激光扫描仪在隧道方面应用
检测隧道裂缝
通过高精度的点云数据，可以发现隧道表面的微小裂缝，及时采取措施进行修 补，防止裂缝扩大对结构造成更大的影响。
隧道内部设施管理
设施位置定位
三维激光扫描仪能够获取隧道内部设施的三维坐标数据，帮助管理人员准确定位 设施的位置，提高设施维护和管理的效率。
03
隧道施工工艺优化
利用三维激光扫描仪对已建成的隧道进行扫描，获取隧道内部的实际结
构数据，与设计图纸进行对比，可以发现施工工艺中存在的问题，进一
步优化施工工艺。
隧道安全监测与维护
隧道变形监测
通过定期对隧道进行三维激光扫描， 可以监测隧道的变形情况，及时发现 和预防隧道塌方等安全事故。
隧道病害检测
利用三维激光扫描仪的高精度测量优 势，可以发现隧道内部的细微病害， 如裂缝、渗漏等，为隧道的维护和修 复提供依据。
三维激光扫描仪在隧道方面应用
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目 录
• 三维激光扫描仪简介 • 三维激光扫描仪在隧道建设中的
应用 • 三维激光扫描仪在隧道维护中的
应用 • 三维激光扫描仪在隧道科研中的
应用
目 录
• 三维激光扫描仪在隧道应用中的 挑战与解决方案
• 三维激光扫描仪在隧道应用案例 分析
01
三维激光扫描仪简介
隧道施工监控
施工进度监控
通过实时扫描隧道施工区域，获取施工进度数据，与施工计划进行对比，监控施工进度。
施工安全监控
对隧道施工过程中的危险源进行实时监测，及时发现安全隐患，保障施工安全。
三维激光扫描在隧道检测中的应用-地铁施工及运营安全交流会
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安伯格APM定位法——Profiler5003（右上） FARO扫描仪+APM定位基座 安伯格APM定位法——FARO Focus3D（右下） 快速进行高精度激光点云的绝对坐标快速定位 距离测站10米处的点位重复精度优于２mm
TunnelScan系统硬件配置
14
TunnelScan系统的硬件配置： Amberg Profiler5003+徕卡圆棱镜 Faro Focus 3D扫描仪+ APM定位基座 野外平板电脑可在现场生成断面分析报告 每次测量内业数据处理时间小于１５分钟
2
Amberg集团公司的业绩
瑞士圣哥达隧道全长57km，目前世界最长隧道
最大埋深超过2000米，目前世界最大埋深隧道 目前隧道已经全部贯通，全部工程2015年完工
Amberg集团公司介绍
V-S-H- Hagerbach地下试验场：Hagerbach隧道全长近6km，是欧洲最 大的地下试验场，是许多地下施工方法与建筑材料和设备的国际实验室
自动生成各种分析报告: 超欠挖断面分析和方量报告 断面分析 断面收敛 侵界检测 隧道中心轴线 砌衬厚度、方量 激光雷达合成影像图 影像分析 渗水影像报告 裂缝影像报告 地质素描图 平整度分析报告 平整度 更加精确的方量报告 图形效果非常友好的报表
16
32
TunnelScan – 激光雷达影像应用案例
对隧道检测数据中的激光点云数据进行裂缝识别与定位 根据裂缝的宽度与长度特征自动提取与定位 自动计算裂缝长度、宽度、里程号等
识别出裂缝位置、里程
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北京地铁6号线竣工验收扫描检测试验
TunnelScan – 激光雷达影像应用案例
地铁盾构隧道内型面三维激光扫描检测施工工法
地铁盾构隧道内型面三维激光扫描检测施工工法深圳地铁盾构隧道内型面三维激光扫描检测施工工法一、前言地铁盾构隧道是城市地铁建设中常见的一种隧道类型，其施工质量和安全问题一直是建设过程中必须关注的重点。
为保证施工质量和安全性，一种基于三维激光扫描技术的盾构隧道型面检测方法被引入并得到了广泛应用。
本文将详细介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例。
二、工法特点地铁盾构隧道内型面三维激光扫描检测施工工法具有如下特点：1. 高精度：采用激光扫描技术，可实现对隧道内型面的高精度测量，能够精确掌握隧道的几何形状和尺寸。
2. 高效率：采用自动化扫描仪，可以快速完成对整个隧道的扫描，大大提高了检测效率，缩短了施工周期。
3. 高安全性：无需人工进入隧道内进行测量，能够避免工人接触到危险环境，提高了工作安全性。
4. 高适应性：适用于各种类型的盾构隧道，无论是直线段还是曲线段，都可以应用该工法进行检测。
5. 可远程实时监控：通过与计算机系统的连接，可以对扫描数据进行实时监控和分析，及时发现问题并采取相应措施。
三、适应范围该工法适用于各类地铁盾构隧道的施工，无论是深埋段、浅埋段还是水下段，都可以通过激光扫描技术进行型面测量和检测。
同时，该工法也适用于各类地质情况，能够应对不同地层条件下的施工需求。
四、工艺原理地铁盾构隧道内型面三维激光扫描检测工法主要通过以下工艺原理实现：1. 激光扫描仪：通过激光扫描仪对隧道内的型面进行无接触式扫描，将扫描数据转化为三维模型。
2. 数据处理软件：利用专业的数据处理软件，对扫描数据进行处理和分析，生成需要的型面图和报告。
3. 实时监控系统：将激光扫描仪与计算机系统连接，实现对扫描过程的实时监控和数据分析。
五、施工工艺 1. 前期准备：选择合适的施工设备和工具，将激光扫描仪固定在适当位置，进行基准校准并调试。
2. 扫描数据采集：启动激光扫描仪，进行隧道内的自动化扫描，保持一定的扫描间距和覆盖范围，并记录扫描数据。
三维激光扫描在隧道检测中的应用_地铁施工与运营安全交流会
Amberg集团公司的业绩
瑞士圣哥达隧道全长57km，目前世界最长隧道 最大埋深超过2000米，目前世界最大埋深隧道 目前隧道已经全部贯通，全部工程2015年完工
Amberg集团公司介绍
V-S-H- Hagerbach地下试验场：Hagerbach隧道全长近6km，是欧洲最 大的地下试验场，是许多地下施工方法与建筑材料和设备的国际实验室
•杭州地铁1号线杭州东站强险段管片横向变形 •最大处的横向变形达到10cm（4环） •TunnelScan的快速、自动化解决方案发挥优势，外业4小时检测500米，内业2天出报告 •隧道扫描全面高密度检测的优势充分发挥，找到最大变形和精确定位变形区域
里程 23248.398 23252.002 23256.801 23260.398 23263.201 23265.602 23269.994 23273.598 23277.203 23280.807 23284.400 23287.998 23291.601 23295.199 23298.801 23302.395 23306.199 23309.801 23313.400 23317.000 23321.801 23325.400 23329.000 23333.803 23337.398 23341.002 23344.600 23349.400 23353.002 23356.606 23360.199 23364.197 23367.801 23371.398 23375.000 23379.801 23383.398 23386.998 23390.598 23397.799 23404.996 23409.805 23413.398 23416.994
▪ 施工和运营隧道精确和全面数字化，包括精细化断面和激光影像数据 ▪ 快速对隧道激光雷达检测数据进行自动化大批量处理 ▪ 隧道断面收敛、中心轴线、三维真实模型、侵界、裂缝、渗水等检测
天宝TX5三维激光扫描仪在隧道工程解决方案中应用
美国天宝3D扫描仪在隧道工程解决方案---武汉海德斯路编制三维扫描在隧道工程中，可以和常规的测量手段相结合，完成基础信息搜集，并可以对施工中或运营隧道进行扫描，得到高精度的点云模型。
在点云数据上可以直接截取断面数据来对隧道工程的质量、状态进行检查；可以提供包括三维模型、横纵断面图，超欠挖分析图，以及正射影像展开图。
关键词：隧道工程、三维激光扫描、点云数据、横纵断面图、超欠挖分析图、武汉海德斯路、Trimble TX5海德斯路以“激光应用解决方案领导者”为使命，推进三维扫描技术在隧道工程中逐步深入应用，从而提供实用、科学的解决方案。
海德斯路隧道工程三维扫描方案总体分三个阶段，下图是解决方案分阶段的工作流程图：（1）三维点云数据采集阶段：使用设备是Trimble TX5三维激光扫描仪，整个采集过程为非接触式，在特殊坏境下可以远程遥控操作，其设备参数为：在特殊坏境下可以远程遥控操作，其设备参数为：▪扫描速度：976,000点/秒▪每站测量2-5分钟▪精度：25米处±2毫米▪分辨率：10米内2毫米▪最大扫描距离：120米▪扫描视角范围：水平360°垂直305°▪内置相机：7000万像素广角环幕▪尺寸：240X200X100mm3▪重量：5公斤（2）点云数据处理阶段采集后的点云数据通过Trimble RealWorks可实现点云过滤、匹配颜色、多站自动拼接、项目管理、测距、三维点云展示、横纵断面图、超欠挖分析、三维空间分析、竣工数据与设计对比、三维建模、高清数码影像、项目飞行浏览、录像等应用，支持海量点云，速度快，可以满足高端客户对高质量三维效果演示的需求。
（3）多样化展示效果输出阶段根据需要，可以提供以下数据成果：原始点云数据、完整点云数据、建筑模型数据、横纵断面图、超欠挖分析图、点云漫游视频、模型漫游视频、虚拟现实浏览、实景漫游浏览、三维GIS应用等。
包括目标记录、彩色多格式网格、正射影像及结合点云的AutoCad文档输出。
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欧洲同类 变形、开裂、露筋
国内
变形、开裂、渗漏水、露筋、 通风、照度
亚洲 变形、开裂、露筋
激光+红外线
激光
高清相机+激光+红外
高清相机
全幅(360°)
全幅
半幅(除路面和边墙底部) 半幅(除路面和边墙底部)
0.2mm(3000000点/s)
0.3mm(1000000点/s)
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
任意部位横断面图
隧道衬砌表观图像 红外温度图像
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
■ 系统硬件及软件介绍
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
该检测系统硬件主要由四部分构成： 带电镜驱动和控制器的360度扫描头 两套同步数据采集和存储系统 配套改装运载车辆 辅助测量设备
0.2mm(2073600像素)
0.2mm
带三维坐标的图片 +红外温度图像
可以测量任意断面尺寸
带三维坐标的图片 可以
5km/h 需要(一遍)
2~3km/h 需要(一遍)
照片拼接 不可以 10~80km/h 不需要(两遍或三遍)
照片拼接
不可以（因为没有激光测 距功能）
10~80km/h（中途遇到慢 车或停顿怎么办？因为两 侧的速度要基本一致）
• 2014年后国内又引进了德国spacetec公司的 TS3型隧道三维激光红外车载检测系统，该 系统在重庆、广东、青海及陕西进行了应 用。
• 目前云南交科院、四川省设计院、广东华 路等单位均已确定购买这类新设备。
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
两大技术的对比
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
两种新技术
• 激光+红外技术： • 代表产品：德国TS3、瑞士GRP5000 • 照片拼接技术： • 日本MIMM、韩国、中国武大卓越公司TFS
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
国内应用情况
• 2012年后云南部分隧道采用瑞士安伯格公 司的GRP5000设备检测；
德国SPACETEC公司
定期检查现状：
目前绝大多数隧道定期检测采用传统 的人工+高空作业台车方式；很多定检均 是由私人挂靠在做检测，基本都是流于 形式，甚至根本就没有做检测，导致业 主极为不满，使得检测价格就像以前的 监理业务一样越做越低，所以，传统的 检测方式最终会被全部淘汰。
TS3型隧道三维激光扫描系统
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
■ 系统原理 ■ 系统硬件及软件介绍 ■ 检测成果及应用范围 ■ 系统技术优势 ■ 实际工程应用案例 ■ 典型病害结果图片
TS3型隧道三维激光扫描系统
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
德国SPACETEC公司
■ 系统原理
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
隧道三维激光扫描系统是由德国SPACETEC公司生产的、 世界最先进技术的隧道检测系统，是一种全新的隧道检测 方法，运用非接触测量技术对隧道外观质量如衬砌裂缝、 露筋、渗漏水等进行检测，其使用的测量介质为激光和红 外线。
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
隧道定期检测目的
• 找出隧道衬砌表面的全部病害； • 准确判断病害是否发展； • 为业主养护提供科学依据和合理建议。
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
养护业主的期望
• 合理的价格； • 全面而准确的查； • 科学而合理的建议
TS3型隧道三维激光扫描系统
公路
可进行病害发展对比
TS3的优势：360°扫描、 图片更清晰、安装更灵活 ，适用范围更广；找渗漏 水更精确可靠。 TS3的弱点：速度相对较 慢
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
激光红外技术
TS3隧道三维激光红外 车载扫描系统
德国SPACETEC公司
http://www.spacetec.de
德国SPACETEC公司
传统检测方式的缺陷：
• 速度慢、时间长、效率差； • 需要长时间封闭交通； • 环境恶劣、空气差； • 能见度低； • 安全风险高； • 随意性大； • 流于形式； • 不能准确表达和记录裂缝的形态和性质； • 不能电子化存储； • 不能准确判断裂缝是否发展。
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
武大卓越公司产品
TS3型隧道三维激光扫描系统
检测功能 检测方式 检测范围 分辨精度 数据处理方式 是否能测量断面 尺寸数据 检测速度
交通管制 适用范围 对比功能
优势
德国SPACETEC公司 各种设备性能参数比较表
德国TS-3
不需要(两遍或三遍)
公路、铁路、城市地铁 及轻轨
可进行病害发展对比
公路、铁路、城市地铁 及轻轨
不能进行病害发展对比
TS3的优势：图片更清晰 ，可对病害的发展进行
对比
公路
不能进行病害发展对比
TS3的优势：360°扫描、图片 更清晰、可对病害的发展进行 对比、安装更灵活，适用范围 更广。 TS3的弱点：速度相对较慢
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
带电镜驱动和控制器的360度扫描头 主要性能：
高达300Hz的旋转速度：镜 头旋转速度是影响测量速度的 一个关键性能指标。 360度视角记录：一次记录 扫描能用360度的视角对衬砌 及路面表面进行全面记录。 360度上的10000像素分辨率： 三个记录频道的像素密度是一 样的，这样记录的结果有利于 裂缝的识别。
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
两套同步数据采集和存储系统
主要性能： 两套记录和存储系统：同时记 录和存储数据，一台用于测量， 另一台可用于检查和临时数据处 理，便于分析数据的正确性，加 快工作进度。 三个同步记录频道：在一次记 录扫描下，TS3能生成一张隧道表 面像片、热影成像图片和断面尺 寸数据图片，允许进行计算机组 合，生成多种不同的分析结果。
德国SPACETEC公司
德国SPACETEC公司
TS3隧道三维激光红外车载扫描系统
TS3型隧道三维激光扫描系统
德国SPACETEC公司
全国已建成的公路、铁路及地铁隧道统计 • 截止2013年底，全国运营的铁路隧道
共计5197座，2954.33公里，公路隧道 共计11359座，9605.6公里，地铁已建 成2518.6公里，在建2975.58公里。