基于三维激光扫描开挖隧道掌子面信息采集提取技术及工程应用

（中电建冀交高速公路投资发展有限公司，河北 石家庄 050000）

一、引言

隧道内地质勘察能够预测隧道开挖面前方地质条件，为判断隧道围岩稳定性提供地质依据，是隧道能否实现安全建设的重要前提。由于传统的人工地质素描法危险性较高、效率较低，且易受人为主观因素影响，难以达到快速、客观、充分地提取地质信息的目的，因此，本文引入基于自动化采集及信息提取系统，对河北省太行山高速公路邯郸段东坡隧道项目开挖掌子面信息进行采集，并利用提取指标为隧道围岩分级与稳定性分析提供依据。

二、数据采集

采用Leica ScanStation P30激光扫描仪，设置其测距精度达1.2mm+10ppm，测角精度达±8s。进行隧道掌子面扫描时，需将激光扫描仪架立于掌子面正前方10m左右，按照测平水平，不断调整支架直至顶部呈水平布置，后固定好脚架，并设置掌子面区域的扫描角度，对测区掌子面进行高密度扫描。整个掌子面的扫描完成用时大约为3～5min。

三、点云数据预处理

（一）点云数据去噪、重采样

通过三维激光扫描获得的点云呈密集分布且含有大量噪声。此状态下，若直接对点云进行三角剖分，三角网上将会产生大量空洞和重叠，因此，笔者选择采用移动最小二乘法（Moving Least Squares，MLS）来剔除噪声。去除噪声后，三角网更加光滑，且空洞也明显减少。去噪处理前后的三角剖分对比如图1所示。

图1.去噪前后三角剖分对比图

三维重构后，由于点云密集分布且存在局部信息丢失现象，因此，笔者采用了能够修复小尺度与频繁的几何信息缺损的点云模型重采样算法。……