激光成像技术在铁路隧道检测中的应用

■ 宋国华 刘建瑞

隧道衬砌表面病害的检查是无损检测中重要的一步，表面病害随着时间的发展将成为结构的内部病害，同时表面病害多是内部结构病害在衬砌表面的反映。但目前检查和检测手段落后，基本沿用“眼看手量”的方法，一些病害难以发现，且耗费大量人力、物力。激光成像系统是采用三维激光扫描技术，根据铁路隧道检测需求研发的一种轻型隧道检查小车，该系统弥补了传统方法的缺陷，实际应用中取得了很好效果。

1 激光成像系统测量原理

激光成像系统是把三维激光扫描技术用于隧道等地下工程的施工、竣工测量和运营维护测量，是一种集光、机、电技术为一体的多功能轻型隧道检查小车。该系统能无损、快速获得地下结构综合数字图像信息。当小车在轨道上行走时，激光器发射激光并以螺旋线形式对隧道表面进行全断面高密度扫描，通过分析发射和接收激光信号的强度和相位差，可以获得隧道衬砌内表面的影像信息，形成灰度图及隧道衬砌表面扫描点坐标。系统测量原理见图1。

2 系统组成

激光成像系统硬件主要包括：（1）轨道测量小车：用于里程、轨距、高低、超高等测量；（2）超高速相位式激光扫描仪：扫描最高频率100 Hz，采样频率500 000测点/s，测点为10 000个/圈，测量范围1～20 m，对于每个已测点，该设备都可产生三维坐标和反射率信息；（3）高可靠性的笔记本电脑。

系统软件包括图像采集与处理软件和与之配套的图像信息管理软件。……